現場(chǎng)總線(xiàn)以外的現場(chǎng)總線(xiàn)診斷

概述
數字現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)經(jīng)常在高級診斷的基礎上得到證實(shí)。此文研究和展示了另外一種取得診斷的技術(shù)。即使在傳統的類(lèi)似系統中，這項可供選擇的技術(shù)也是有效的，而且不用替代原有的現場(chǎng)設備。這項可選的方法已經(jīng)在現場(chǎng)得到證明，并且只占用現場(chǎng)總線(xiàn)花費的很小一部分，而且還有很多用于現場(chǎng)總線(xiàn)之外的性能。
現場(chǎng)總線(xiàn)的診斷技術(shù)于這種可選的新技術(shù)將在以下幾點(diǎn)進(jìn)行比較：
● 現場(chǎng)設備的電子性能診斷
● 在線(xiàn)震動(dòng)檢測
● 控制器輸出噪音帶
● 輸出標準偏離
● 極限時(shí)刻輸出響應時(shí)間
● 固有震蕩頻率
● 循環(huán)震蕩的時(shí)間
● 由于電子管靜態(tài)阻力產(chǎn)生的震蕩百分比

在現場(chǎng)總線(xiàn)可選的診斷方法中，有兩點(diǎn)是非常重要的：
1 OPC連通性
2 監控軟件的執行性能
因為可選方案從OPC收集信息，所以支持的DCS和PLC無(wú)需任何附加接線(xiàn)或是現場(chǎng)硬件。這包括使用4－20mA信號、現場(chǎng)總線(xiàn)、Profibus和 HART。這種現場(chǎng)總線(xiàn)診斷方案的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是所有的診斷都是在正常操作下進(jìn)行，而無(wú)需其它特殊診斷，只從日常的操作數據進(jìn)行就可以了。這個(gè)性能監控軟件無(wú)需特別的測試或是手持探測器，所有的工作進(jìn)程都是在自動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行。

背景
在過(guò)去的15到20年中，已經(jīng)出現了許多種方法來(lái)產(chǎn)生現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。這些系統設計的目的有兼容性、可以在危險的環(huán)境下供電或是布線(xiàn)需要等等。從用戶(hù)的角度來(lái)看，潛在的受益可能包括現場(chǎng)控制，減少布線(xiàn)費用、加強現場(chǎng)設備的診斷功能等主要方面。
新的設備與已經(jīng)存在的設備相比，利用這種新型的可選診斷方法，會(huì )有更加明顯的效果。本文將會(huì )對現有設備的現場(chǎng)設備診斷方法和新的診斷方法在性能和效果方面進(jìn)行比較。新的方法進(jìn)行現場(chǎng)診斷時(shí)，考慮到整個(gè)控制回路，例如控制器、電子管和傳感器。新方法使用已經(jīng)存在的結構包括4－20mA的模擬設備來(lái)增強診斷功能。新的方法基于過(guò)去幾年涌現出來(lái)的一組制造業(yè)的智能軟件，包括檢測電子期間、傳感器和控制器問(wèn)題的一些新的算法。這個(gè)執行監控軟件使用了OPC和OPCHDA，一個(gè)標準的通訊系統。允許執行監測系統來(lái)從診斷計算器上使用的各種資源上獲得實(shí)時(shí)信息。

安裝數字現場(chǎng)設備的要求
要理解一個(gè)基于總線(xiàn)的設備，用戶(hù)必需明確以下幾點(diǎn)：
● 變送器替換
● 定位器的升級
● 布線(xiàn)
● A/D轉換器更新
● 過(guò)程中停工時(shí)間
● 軟件安裝
● 培訓

以上幾點(diǎn)都有在下文都有敘述。
用變送器替代數字現場(chǎng)總線(xiàn)
使用數字現場(chǎng)總線(xiàn)，對于每一個(gè)控制環(huán)來(lái)說(shuō)，用戶(hù)必須安裝一個(gè)新的變送器或是至少為現場(chǎng)傳感器安裝一個(gè)新的最高工作站。儀器花費將會(huì )從500美元到3000美元。
數字現場(chǎng)設備的定位器的更新
對于現場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)說(shuō)，控制閥定位器必須被數字閥定位器取代。定價(jià)為每個(gè)定位器從300美元到1500美元。
為數字現場(chǎng)設備布線(xiàn)
為數字現場(chǎng)設備的新的布線(xiàn)必須從控制室開(kāi)始重新安裝。因為采用數字協(xié)議，布線(xiàn)必須包括閥和變送器。如果工程計算顯示可以處理負載，就有可能重新使用已經(jīng)存在的電纜和布線(xiàn)方式。
數字現場(chǎng)設備的A/D轉換更新
一旦新的布線(xiàn)到位，新的電子模塊就必須取代就有的A/D轉換器，這將會(huì )使數字現場(chǎng)信號對于控制系統是有效的。在有些案例中，如果在系統中使用相同的數字協(xié)議，就必須使用這個(gè)設備了。

現場(chǎng)總線(xiàn)的進(jìn)程中止
為了安裝以上的數字現場(chǎng)總線(xiàn)設備，有時(shí)就必須停止進(jìn)程，同時(shí)，一些關(guān)鍵的傳感器和閥就會(huì )被切入到新的系統。
數字現場(chǎng)總線(xiàn)軟件安裝
下一步就是安裝新的軟件了，用來(lái)管理數字現場(chǎng)設備，從現場(chǎng)設備處申請診斷。
數字現場(chǎng)設備的培訓
最后，針對新的設備上所安裝的新的服務(wù)進(jìn)程和新軟件的使用對工廠(chǎng)人員進(jìn)行必要的培訓是非常必要的。
新的現場(chǎng)設備的費用保守估計每個(gè)周期大約2000美元到3000美元。
來(lái)達到以上要求的所需要的人力和開(kāi)支在本文中并沒(méi)有被完全量化，因為許多不確定性因素將會(huì )影響最后的開(kāi)支，但是可以假定這將是人力、開(kāi)支和潛在減產(chǎn)問(wèn)題的主要保證。當基于現場(chǎng)的系統安裝以后，為了判斷安裝這樣一個(gè)系統的成果，什么樣的診斷信息是有效的呢？

從現場(chǎng)總線(xiàn)設備樣機上得到的有效信息
我們調查了有些樣機，用來(lái)判斷現場(chǎng)診斷信息的有效性，并把他們與新型的可選監控方法進(jìn)行比較。只是單純顯示現場(chǎng)總線(xiàn)電子器件的工作狀態(tài)的信息排除在外，因為傳統的4－20mA設備不需要這些信息。對于過(guò)程動(dòng)態(tài)性能來(lái)說(shuō)比較有用的主要操作信息在考慮之列。

現場(chǎng)設備1
一些信息與硬件錯誤有關(guān)，例如電子器件錯誤、存儲器錯誤或是機械失敗或是電源啟動(dòng)失敗。在擴展的診斷信息中，例如板對板通訊失敗，通訊超時(shí)都被列出。有人可能會(huì )問(wèn)：現在的許多診斷在診斷電子器件方面要比直接與操作過(guò)程和進(jìn)程可靠性方面更加有效嗎？
在擴展的類(lèi)別中兩項比較有意義的診斷信息包括閥行程和閥轉換。這些診斷信息與設備的所需的服務(wù)直接相關(guān)。這些診斷信息可以被用來(lái)鑒別和預測與控制環(huán)性能有關(guān)的其他問(wèn)題，例如與工廠(chǎng)其它控制環(huán)有關(guān)的協(xié)調和交互。
有兩個(gè)附加的診斷信息是格外顯著(zhù)的，它們是摩擦力警告和行程背離警告。這種摩擦力警告是非常有用的，因為閥摩擦是控制環(huán)性能較差的主要原因，有時(shí)，會(huì )在整個(gè)過(guò)程裝置中影響其性能。