先進(jìn)診斷功能提升現場(chǎng)總線(xiàn)操作體驗

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

現場(chǎng)總線(xiàn)電源板載物理層診斷功能

挑戰

我們的第二家工廠(chǎng)具有很多Class I Div. 1和Class I Div. 2危險區域，而且不僅僅是爆炸性危險區域，還具有強烈的腐蝕性。通常本質(zhì)安全FISCO(現場(chǎng)總線(xiàn)本質(zhì)安全概念)段由于具有一定數量的信號損耗，所以?xún)H允許最多4臺設備連接在較短的段內。我們希望所安裝的基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)系統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場(chǎng)對儀表進(jìn)行操作。

FISCO在臨界值周?chē)峁┝顺Ｒ幍谋举|(zhì)安全解決方案。它允許危險區域內更高的電壓和電流--12.8 V和115 mA。干線(xiàn)長(cháng)度和支線(xiàn)長(cháng)度分別是1000m和30m，它可以確保安全性，無(wú)需進(jìn)行系統認證，FISCO不要求在現場(chǎng)接線(xiàn)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場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應用在工廠(chǎng)中，原因之一就是系統剛投運時(shí)是很清潔的，但是我們的工作環(huán)境具有強腐蝕性，觸點(diǎn)會(huì )變臟，接線(xiàn)盒開(kāi)始老化。時(shí)間一久，鐵銹和腐蝕就會(huì )對通訊產(chǎn)生影響，導致網(wǎng)絡(luò )不穩定。這些問(wèn)題還會(huì )帶來(lái)額外的電阻，進(jìn)而導致更高的電壓降。隨機和間歇性的通訊故障是很難發(fā)現并消除的。通常只有在工廠(chǎng)停機之后才能發(fā)現，而我們希望能夠在停機之前就發(fā)現這些問(wèn)題。而且，我不確定12.8V是否足以補償腐蝕所導致的更多的電壓降，因為現場(chǎng)總線(xiàn)設備工作電壓最低為9V。

可能的解決方案

為了尋求最佳的解決方案，以應對我們所面臨的挑戰，我們參加了北卡羅來(lái)納州Charlotte市Robert E. Mason舉辦的研討會(huì )，會(huì )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(chēng)其ADM不僅能夠節省投建和試運行的時(shí)間，還可以檢測到現場(chǎng)總線(xiàn)段上的問(wèn)題情況和故障。安裝過(guò)程中的任何變動(dòng)都可以在其對工廠(chǎng)性能造成致命影響之前被檢測到，例如那些由腐蝕帶來(lái)的影響，或者由于操作人員的忽視所導致的問(wèn)題。

ADM是Pepperl+Fuchs公司Field- Connex產(chǎn)品線(xiàn)的一員，用于現場(chǎng)總線(xiàn)通訊。FieldConnex允許為你的項目設計專(zhuān)用的現場(chǎng)總線(xiàn)拓撲結構?，F場(chǎng)總線(xiàn)負責傳輸數據，而 FieldConnex提供基礎設施：電源、安裝設備和附件。高功率干線(xiàn)概念(HPT)與FieldBarrier結合，帶來(lái)了實(shí)現本質(zhì)安全現場(chǎng)總線(xiàn)段的新方法。FieldConnex電源集線(xiàn)器中集成的ADM可以持續監控整個(gè)安裝過(guò)程。

高功率干線(xiàn)

HPT并非將現場(chǎng)總線(xiàn)干線(xiàn)上的能量限制在本質(zhì)安全或者無(wú)火花的要求之下，而是限制到每一臺儀表的支線(xiàn)連接的能量。FISCO與HPT概念結合，干線(xiàn)上的能量由115mA提升到500mA，這種提升確保了現場(chǎng)儀表和設備安裝上的一致性，不用考慮危險區域分級。FieldBarrier在現場(chǎng)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的儀表?；谝陨显?，段保護設備的安裝對于危險區域和非危險區域應用很類(lèi)似。HPT對一致性、電纜連接和資金節省都有幫助。

HPT的另一好處是允許用戶(hù)使用冗余模塊標準化功率調節系統，使其能夠應用于工廠(chǎng)的所有區域。使用30 V / 500 mA的電源可以獲得最長(cháng)的電纜長(cháng)度和最大的負載能力，無(wú)需使用中繼器。

FieldBarriers

FieldBarriers是HPT的核心。它們安裝于現場(chǎng)設備附近，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(xiàn)發(fā)生故障狀態(tài)的時(shí)候現場(chǎng)總線(xiàn)段仍舊能夠持續工作。HPT分別考慮每一個(gè)支線(xiàn)連接，擴展了FISCO驗證手段。FieldBarrier在干線(xiàn)上環(huán)接，現場(chǎng)設備可以帶電操作。它們可以用于FISCO、FNICO、危險區域和非危險區域通用安裝場(chǎng)合。

帶有FISCO支線(xiàn)連接的FieldBarrier

安裝

在以前的工廠(chǎng)系統中安裝設備時(shí)，我們使用標準的方法：將干線(xiàn)電纜分開(kāi)，然后進(jìn)行電阻和電容檢查，一旦發(fā)現問(wèn)題，技術(shù)人員深入現場(chǎng)，查明問(wèn)題來(lái)自于干線(xiàn)系統、支線(xiàn)電纜還是儀表。在設備搭建時(shí)候的查錯過(guò)程是很耗時(shí)的。然而，一旦我們將系統搭建完成并且試運行之后，它就可以正常工作了?；饡?huì )現場(chǎng)總線(xiàn)的儀表安裝無(wú)需技術(shù)人員深入現場(chǎng)完成校準核查、在變送器中設置比例因子、確認4-20mA信號回傳。設備搭建十分快速，僅僅使用一天時(shí)間，我們就完成了40臺設備的安裝和試運行。

在我們第二家工廠(chǎng)的設備安裝項目中，我們被告知無(wú)需親力親為。不出意料，有了高級診斷功能，我們可以在連接設備之前對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行掃描診斷。設備安裝之后，我們再一次對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)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，為了將系統完美安裝，我們謹小慎微。我們首先安裝了4個(gè)段，然后進(jìn)行了徹底的初裝檢查：檢查了所有的模塊和終端、進(jìn)行電阻和電容檢查、進(jìn)行手動(dòng)示波器掃描、時(shí)候手持配置器檢查每一臺設備。然后我們使用ADM驗證所有的信息--結果是完美匹配。

高級診斷監視器

事實(shí)上，ADM在一個(gè)模塊上發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題，而我們的手持通訊器并未發(fā)現。它被跨接了，但是并不會(huì )導致基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)無(wú)法工作。我們的系統仍舊可以工作，所以我們得不到任何通訊錯誤，而實(shí)際上網(wǎng)絡(luò )是并不安全的。ADM發(fā)現了這個(gè)問(wèn)題，在一個(gè)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(lái)。

我們要搭建的下一個(gè)系統具有8個(gè)段。這次，我們干線(xiàn)電纜上的所有終端器件都正確連接。在我們確定段安裝沒(méi)問(wèn)題之后，我使用高級診斷監視器來(lái)試運行所有 8個(gè)段。僅僅用了20分鐘就發(fā)現了現場(chǎng)人員的2個(gè)失誤：其中一個(gè)是他們忘記打開(kāi)現場(chǎng)的終端器件，另一個(gè)是極性反接。10分鐘之后，問(wèn)題被改正，段重新工作，完全健康。