先進診斷功能提升現(xiàn)場總線操作體驗

位于南卡羅萊納州哥倫比亞市的Eastman Chemical公司在其非危險區(qū)域設(shè)施中使用了基金會現(xiàn)場總線技術(shù)和Emerson公司的DeltaV硬件。此系統(tǒng)工作良好，Eastman公司決定在另一家工廠安裝現(xiàn)場總線技術(shù)。所面臨的挑戰(zhàn)是如何將類似于第一家工廠中的基金會現(xiàn)場總線系統(tǒng)安裝在具有完全不同的環(huán)境的第二家工廠中。

現(xiàn)場總線電源板載物理層診斷功能

挑戰(zhàn)

我們的第二家工廠具有很多Class I Div. 1和Class I Div. 2危險區(qū)域，而且不僅僅是爆炸性危險區(qū)域，還具有強烈的腐蝕性。通常本質(zhì)安全FISCO(現(xiàn)場總線本質(zhì)安全概念)段由于具有一定數(shù)量的信號損耗，所以僅允許最多4臺設(shè)備連接在較短的段內(nèi)。我們希望所安裝的基金會現(xiàn)場總線系統(tǒng)能夠工作于嚴酷的條件下和爆炸性危險環(huán)境中，并且具有最高的本質(zhì)安全段容量。我們還希望我們的員工可以在現(xiàn)場對儀表進行操作。

FISCO在臨界值周圍提供了常規(guī)的本質(zhì)安全解決方案。它允許危險區(qū)域內(nèi)更高的電壓和電流--12.8 V和115 mA。干線長度和支線長度分別是1000m和30m，它可以確保安全性，無需進行系統(tǒng)認證，F(xiàn)ISCO不要求在現(xiàn)場接線盒中將帶電部件和非帶電部件隔離。

我一直在猶豫是否將這種對電壓有嚴格要求的現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用在工廠中，原因之一就是系統(tǒng)剛投運時是很清潔的，但是我們的工作環(huán)境具有強腐蝕性，觸點會變臟，接線盒開始老化。時間一久，鐵銹和腐蝕就會對通訊產(chǎn)生影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。這些問題還會帶來額外的電阻，進而導(dǎo)致更高的電壓降。隨機和間歇性的通訊故障是很難發(fā)現(xiàn)并消除的。通常只有在工廠停機之后才能發(fā)現(xiàn)，而我們希望能夠在停機之前就發(fā)現(xiàn)這些問題。而且，我不確定12.8V是否足以補償腐蝕所導(dǎo)致的更多的電壓降，因為現(xiàn)場總線設(shè)備工作電壓最低為9V。

可能的解決方案

為了尋求最佳的解決方案，以應(yīng)對我們所面臨的挑戰(zhàn)，我們參加了北卡羅來納州Charlotte市Robert E. Mason舉辦的研討會，會上我們看到了關(guān)于高級診斷模塊(ADM)的介紹。Pepperl+Fuchs公司聲稱其ADM不僅能夠節(jié)省投建和試運行的時間，還可以檢測到現(xiàn)場總線段上的問題情況和故障。安裝過程中的任何變動都可以在其對工廠性能造成致命影響之前被檢測到，例如那些由腐蝕帶來的影響，或者由于操作人員的忽視所導(dǎo)致的問題。

ADM是Pepperl+Fuchs公司Field- Connex產(chǎn)品線的一員，用于現(xiàn)場總線通訊。FieldConnex允許為你的項目設(shè)計專用的現(xiàn)場總線拓撲結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場總線負責(zé)傳輸數(shù)據(jù)，而 FieldConnex提供基礎(chǔ)設(shè)施：電源、安裝設(shè)備和附件。高功率干線概念(HPT)與FieldBarrier結(jié)合，帶來了實現(xiàn)本質(zhì)安全現(xiàn)場總線段的新方法。FieldConnex電源集線器中集成的ADM可以持續(xù)監(jiān)控整個安裝過程。

高功率干線

HPT并非將現(xiàn)場總線干線上的能量限制在本質(zhì)安全或者無火花的要求之下，而是限制到每一臺儀表的支線連接的能量。FISCO與HPT概念結(jié)合，干線上的能量由115mA提升到500mA，這種提升確保了現(xiàn)場儀表和設(shè)備安裝上的一致性，不用考慮危險區(qū)域分級。FieldBarrier在現(xiàn)場完成能量限制的任務(wù)，而不是在控制室中完成，因此能量更有效率的按需分配至相應(yīng)的儀表?；谝陨显?，段保護設(shè)備的安裝對于危險區(qū)域和非危險區(qū)域應(yīng)用很類似。HPT對一致性、電纜連接和資金節(jié)省都有幫助。

HPT的另一好處是允許用戶使用冗余模塊標準化功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使其能夠應(yīng)用于工廠的所有區(qū)域。使用30 V / 500 mA的電源可以獲得最長的電纜長度和最大的負載能力，無需使用中繼器。

FieldBarriers

FieldBarriers是HPT的核心。它們安裝于現(xiàn)場設(shè)備附近，提供防爆所要求的短路保護和限能措施。它們能夠確保即使在支線發(fā)生故障狀態(tài)的時候現(xiàn)場總線段仍舊能夠持續(xù)工作。HPT分別考慮每一個支線連接，擴展了FISCO驗證手段。FieldBarrier在干線上環(huán)接，現(xiàn)場設(shè)備可以帶電操作。它們可以用于FISCO、FNICO、危險區(qū)域和非危險區(qū)域通用安裝場合。

帶有FISCO支線連接的FieldBarrier

安裝

在以前的工廠系統(tǒng)中安裝設(shè)備時，我們使用標準的方法：將干線電纜分開，然后進行電阻和電容檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題，技術(shù)人員深入現(xiàn)場，查明問題來自于干線系統(tǒng)、支線電纜還是儀表。在設(shè)備搭建時候的查錯過程是很耗時的。然而，一旦我們將系統(tǒng)搭建完成并且試運行之后，它就可以正常工作了?；饡F(xiàn)場總線的儀表安裝無需技術(shù)人員深入現(xiàn)場完成校準核查、在變送器中設(shè)置比例因子、確認4-20mA信號回傳。設(shè)備搭建十分快速，僅僅使用一天時間，我們就完成了40臺設(shè)備的安裝和試運行。

在我們第二家工廠的設(shè)備安裝項目中，我們被告知無需親力親為。不出意料，有了高級診斷功能，我們可以在連接設(shè)備之前對網(wǎng)絡(luò)進行掃描診斷。設(shè)備安裝之后，我們再一次對網(wǎng)絡(luò)進行掃描，比較噪聲等級、功率分布和網(wǎng)絡(luò)健康狀況。

但是我對此并非深信不疑。我認定安裝經(jīng)驗對于通訊質(zhì)量至關(guān)重要。所以，為了將系統(tǒng)完美安裝，我們謹小慎微。我們首先安裝了4個段，然后進行了徹底的初裝檢查：檢查了所有的模塊和終端、進行電阻和電容檢查、進行手動示波器掃描、時候手持配置器檢查每一臺設(shè)備。然后我們使用ADM驗證所有的信息--結(jié)果是完美匹配。

高級診斷監(jiān)視器

事實上，ADM在一個模塊上發(fā)現(xiàn)了一個問題，而我們的手持通訊器并未發(fā)現(xiàn)。它被跨接了，但是并不會導(dǎo)致基金會現(xiàn)場總線無法工作。我們的系統(tǒng)仍舊可以工作，所以我們得不到任何通訊錯誤，而實際上網(wǎng)絡(luò)是并不安全的。ADM發(fā)現(xiàn)了這個問題，在一個模塊上，我們忘記了去除終端電阻。我對于高級診斷功能的信心逐漸建立起來。

我們要搭建的下一個系統(tǒng)具有8個段。這次，我們干線電纜上的所有終端器件都正確連接。在我們確定段安裝沒問題之后，我使用高級診斷監(jiān)視器來試運行所有 8個段。僅僅用了20分鐘就發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)場人員的2個失誤：其中一個是他們忘記打開現(xiàn)場的終端器件，另一個是極性反接。10分鐘之后，問題被改正，段重新工作，完全健康。