零故障現場(chǎng)總線(xiàn)
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不少位于亞洲的新建的煉油廠(chǎng)、化工廠(chǎng)和其他主要的過(guò)程工廠(chǎng)都采用由現場(chǎng)總線(xiàn)連接的DCS系統控制，這些控制系統大多來(lái)自于艾默生過(guò)程管理、橫河、西門(mén)子、霍尼韋爾、英維斯和其他控制系統廠(chǎng)商。 采用現場(chǎng)總線(xiàn)系統的原因是因為現場(chǎng)總線(xiàn)總是承諾能帶給用戶(hù)運行和維護上以不少優(yōu)勢：過(guò)程的高效運行，是因為有了更多的信息；系統更少的停機時(shí)間，是因為有了預測性過(guò)程診斷；而且，儀表能告訴我們何時(shí)需要對系統進(jìn)行校準或維護。
在一個(gè)傳統的工廠(chǎng)內，一個(gè)儀表技師大約65%的時(shí)間都不用再花費在解決儀表問(wèn)題上。有了現場(chǎng)總線(xiàn)，就能從HMI顯示器上輕松的得出問(wèn)題所在，以及問(wèn)題的具體情況。
雖然現場(chǎng)總線(xiàn)系統為用戶(hù)提供了很多先進(jìn)的功能，但是在項目確定之出還是要做出很多關(guān)鍵的決定，這些決定會(huì )在將來(lái)影響系統的維護和運行。 在項目實(shí)施團隊完成項目，向工廠(chǎng)交付使用了之后的很長(cháng)的一段時(shí)間內，仍然會(huì )有很多問(wèn)題，雖然這些問(wèn)題不是由控制系統供應商帶來(lái)的，這些問(wèn)題包括:
?安裝和啟動(dòng)；
?短路保護；
?卸載和更換儀表；
?安裝本安系統；
?設置冗余系統。
其中許多問(wèn)題能通過(guò)項目設計最出的對現場(chǎng)總線(xiàn)設備的適當的設置解決。 用戶(hù)應該注意這些問(wèn)題，了解最新的硬件方案，并要求DCS供應商設置硬件，以將維護成本最小化。
一個(gè)小型的調查顯示，當配置整個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統時(shí)，維護、啟動(dòng)和安裝問(wèn)題都是相當重要的。大約90%的現場(chǎng)總線(xiàn)問(wèn)題都由連線(xiàn)問(wèn)題引起的，最大的問(wèn)題是：端口、系統沖突和接地不當。
開(kāi)始
最令人覺(jué)得棘手的問(wèn)題總是在起始階段出現。為什么儀表不工作了？在很多案例中，這是個(gè)安裝問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，技術(shù)人員沒(méi)有正確設置終端。 所有的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段需要正確的端口，以防止通信錯誤。
但是可惜的是，很多分包商很少關(guān)注端子對于運行的重要性，要么完全忽略它們，要么只是隨處簡(jiǎn)單的安裝一下。通常，接線(xiàn)盒和現場(chǎng)的控制箱體的作用僅僅是端子位置的確定，但是這可是影響或延遲試運行進(jìn)程的重要因素。
試運行中的延誤就意味著(zhù)成本的代價(jià)。根據某家石油公司的估計，煉油工廠(chǎng)的時(shí)間延誤成本能達到每小時(shí)40萬(wàn)美元。
這類(lèi)問(wèn)題能從系統設計最初得到改變，只要在新型的設備耦合器上設置自動(dòng)網(wǎng)段端子，如Moore Hawke的TrunkGuard。 這個(gè)自動(dòng)的網(wǎng)段端子能大大協(xié)助網(wǎng)段試運行。如果采用各種的現場(chǎng)設備耦合器，自動(dòng)端子能在最遠的單元上響應，自動(dòng)連接未結合的網(wǎng)段。
短路保護
在任何的現場(chǎng)總線(xiàn)的安裝中，短路是個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題。設備維護人員很可能碰掉了線(xiàn)纜；腐蝕會(huì )降低連接性；泵或馬達產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì )使線(xiàn)纜或端子的連接松動(dòng)。維護人員必須時(shí)刻注意會(huì )發(fā)生的一切，是否任何一個(gè)儀表發(fā)生短路。
過(guò)去的現場(chǎng)總線(xiàn)系統在設計上依賴(lài)電流限制方法，來(lái)實(shí)現電路保護。這種方法中，限制了電流的值在40至90mA, 但是在網(wǎng)段的連續連接上，這個(gè)方法有缺陷。傳統的電流方法會(huì )使小于9V的儀表失效，當某個(gè)設備的電壓小于9V，就會(huì )被從網(wǎng)段中剔出出去。
典型的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段電流為350mA ，電壓25V，理論上足夠支持16X 20mA 的現場(chǎng)總線(xiàn)設備，但是系統必須計入所有的電壓降。這樣就有可能使某些設備的電壓小于限制值，甚至使整個(gè)處理單元停機。
有兩個(gè)方法能解決此類(lèi)問(wèn)題。第一個(gè)是預留安全范圍。也就是說(shuō)，不要僅僅根據理論數值，而安裝太多的儀表在某個(gè)網(wǎng)段上；而是留出一定的預留空間。當然，這會(huì )對儀表的數目有些限制，但這能保證某個(gè)儀表故障時(shí)網(wǎng)段的仍然能保證運行。當然，考慮到現場(chǎng)總線(xiàn)設備的成本，這是個(gè)較為昂貴的方法。
另一個(gè)方法是，選擇一些設備耦合器，采用過(guò)載（fold back）短路保護，過(guò)載電路被耦合器分離。Fold-back技術(shù)的邏輯電路在每個(gè)電流出現短路激勵時(shí)，探測到網(wǎng)段中的儀表的短路，并從網(wǎng)段中分離開(kāi)，并打開(kāi)紅色的LED顯示報警，而且使用小電流確定短路發(fā)生時(shí)間。
去除與更換
維護人員很希望在危險環(huán)境中能方便地去除某個(gè)現場(chǎng)儀表時(shí)，不需要使整個(gè)網(wǎng)段都停車(chē)，而且不需要復雜的儀表斷開(kāi)程序和機械互鎖。這些頭疼的問(wèn)題也能通過(guò)增加專(zhuān)用的現場(chǎng)總線(xiàn)設備耦合器得以解決。
本安系統
本安系統能允許在危險環(huán)境中的儀表的使用。本安系統即使連接線(xiàn)在危險環(huán)境中出現斷路，也能保證安全。
本安系統如FISCO，在歐洲相當的盛行，主要是德國的影響比較大。因為其高昂的成本，在其他地區的使用較少。 一個(gè)本安系統需要昂貴的隔離柵和電源，支持網(wǎng)段中一部分的總線(xiàn)儀表。一個(gè)本安網(wǎng)段中采用4到6 個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)設備的情況很少。FISCO能大大降低系統的MTBF，并減少幾乎一半的線(xiàn)纜長(cháng)度。
近年來(lái)，出現一個(gè)新的概念，能解決一些成本問(wèn)題。 簡(jiǎn)單的說(shuō)，將隔離柵分成兩部分，一部分在安全/危險的接口處，另一部分在設備耦合器上。 這個(gè)高效的設計允許每個(gè)網(wǎng)段能保至幾乎所有350mA電流，并保持標準的本安連接。
設置冗余
大多數工廠(chǎng)中都有某些重要的設備，一旦出現故障就會(huì )引起整個(gè)工序的停機。傳統的方法是安裝冗余儀表和控制設備。大多數現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，現場(chǎng)冗余系統的方法是完全復制整個(gè)網(wǎng)段，包括H1接口、電源、設備耦合器、現場(chǎng)總線(xiàn)儀表、儀表到耦合器的接連線(xiàn)，以及現場(chǎng)總線(xiàn)線(xiàn)纜。
但是復制所有元件，從H1卡到現場(chǎng)儀表，成本相當的高。不僅在硬件成本上要高一倍，而且，在復制復雜的現場(chǎng)儀表時(shí)，如流量壓力變送器等，都是非常昂貴的。
新的現場(chǎng)總線(xiàn)系統，如TrunkSafe，包含了雙冗余現場(chǎng)電壓穩壓器、兩個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)線(xiàn)纜，一個(gè)容錯設備耦合器。無(wú)須在復制現場(chǎng)儀表，除非用戶(hù)擔心某些儀表易出故障。而且，新的系統能將成本將至傳統冗余系統的二分之一 或三分之一。
不再頭疼
現場(chǎng)總線(xiàn)是一項令人激動(dòng)的技術(shù)，雖然維護上的問(wèn)題困擾了人們近10年?，F在，新的方案能解決這些問(wèn)題。為避免你的新現場(chǎng)總線(xiàn)系統中出現的維護問(wèn)題，在系統設計最初考慮到所有的設計方案。
對于最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)，要明白DCS供應商不可能提供所有的現場(chǎng)總線(xiàn)硬件設備。如，在一個(gè)FF系統中，DCS供應商通常只提供H1卡。其他的現場(chǎng)總線(xiàn)設備，包括電源、設備耦合器等，由其他供應商提供，如MooreHawke、 Relcom和 P+F。
最終用戶(hù)有權利向DCS供應商要求，考慮一些新的硬件和更多的方案，而不是接受10年來(lái)的老方案，然后為維護和運行頭疼不已。
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