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现场总线:采用高级诊断工具调试

采用现场总线技术的流程工厂

流程工厂的测量和控制任务可由现场总线技术完成,而采用现场总线技术的工厂将从中受益。智能化现场设备可以提供更高的精度。从模拟量到数字量仅需经过一次变换,数字量的传输可通过奇偶校验等方式来保证传输精度, 从而保障控制回路的高精度,输出的高稳定性。

如今的现场设备可传输附加的状态信息,如:正常运行或故障信息,或现场设备的其它状态。通过现场设备的一些有规律的状态信息来达到预防性维护的目的。DCS厂家则称之为资产管理系统。这些功能在很多时候对于设备维护来说,可以起到事半功倍的效果。

另外,如果在批处理工艺过程或在工厂运行时更换现场设备时,通过现场总线的远程组态功能可以大大提高其工作效率,综合上述的优势,在过程自动化行业中,即使是在相对保守应用场合,现场总线无疑确立了自己的地位。


高级诊断工具揭开了现场总线通讯的神秘面纱

很多初次接触现场总线网络的人总是把它看作一个“黑洞”或是一个费解的通道,数据通过DCS被输入到通道中并且由一个现场设备所接收,反之亦然,这个过程多多少少有些神秘。其实道理很简单:当多个设备由同一根电缆并行连接起来的时候,通讯信号就具有了更复杂的程度。尤其是于4~20mA 技术相比较时,这一点更为明显。当一个电缆只连接一个现场设备时,其负载电流可以反映所有信息: 测量值,短路情况,以及电缆的损坏程度。


高级诊断模块在装置运行中自动监视现场总线的物理层状态。其监测值可在控制室读取。其总报警信息可通过OPC接口很容易集成到工厂控制系统中。
高级诊断模块在装置运行中自动监视现场总线的物理层状态。其监测值可在控制室读取。其总报警信息可通过OPC接口很容易集成到工厂控制系统中。

运行和维护的人员有时对操作行为的描述表达的很模糊,比如:“设备全天运行都很好—只是突然间信号消失了几个小时,但随后又出现了” 或是“现场设备的LCD有电,但该设备在段活动列表中只是瞬间存在”。多数情况下,由于手持工具不能解读现场总线电缆数据信号,从而不能将必要的信息告之使用者,进而导致了上述记录描述模糊情况的发生。

如今的现场总线诊断工具把现场总线物理层及其通讯变得透明—如 使用于FieldConnex® Power Hub 的高级诊断模块。 该模块可测量供电单元外供电电压,网段负载电流,总线信号幅值,线路噪音或信号畸变。该诊断模块可监听总线通讯过程,并可区分出网段信息和单个现场设备的信息。诊断管理器可显示简单明了的信息以便用户读取—这将本来模糊化的工厂环境变得透明起来。


非正常情况

每天,许多对现场总线物理层和通讯造成损害的情况发生,而我们却不能检测到:

  • 使用不合规格的电缆,
  • 使用可能进水的不封闭安装机柜。腐蚀会导致现场设备信号传输的衰减。
  • 由于震动,连接有可能松动
  • 电缆或现场设备老化
  • 屏蔽层的毛刺可能导致现场总线两极不平衡或对地短路
  • 屏蔽接地不正确会使回路引入更多的感应噪声。

导致用户的上述模糊描述的原因是多方面的。任何一种条件都可导致现场总线物理层参数超出警告值,但还不至于引起通讯中断。现场总线是一种容错型系统,但多种小的故障叠加起来,严重影响其运行,在此时,任何一个额外的干扰都足以使整个现场总线系统参数彻底超过极限,从而使通讯中断。比如:在靠近总线主干线的附近启动变频电机,引入干扰信号,这样,现场总线就会被瞬间中断。

现场总线物理层其实并不神秘;它仅仅需要由正确的工具发出清晰的指示,比如使用高级诊断模块。所有上述的情况均可被检测到并及时的得到处理。在调试过程中,安装质量越高,通讯的容错水平就越高。但这并不能让用户满足:用户需要的是在干扰严重之前监测到并可以提前预警。


警告和报警功能,便于预防性维护。

高级诊断模块可在线实时监控现场总线通讯。操作及维护人员可在控制室中查看所有数据。 无须操作人员到危险区域中操作。无须打开控制机柜或现场接线箱进即可直接得到所有需要的信息。



通讯:通讯信号调制到电源上,其比特信号(bit)为矩形波的上升、下降沿,峰-峰值为1V。这样可以使得现场总线通讯非常稳定并且抗干扰。

调试过程中,所有测量值均可设置一带死区的警告值,只要已超出该警告值,便触发警告,并传送到操作站。此时操作人员便可通过高级诊断模块来进行诊断:信号噪音增大,信号接地等,情况是否有恶化迹象。装置操作人员便可根据这些诊断性信息做出判断,以决定是否需要立即维修,还是等到下一班次进行维修,或者等到装置大修再做处理— 而这一切没有妨碍工厂高质量的生产水平。


生产最优化— 心态平和

如果能减少装置停车次数或是非计划损耗,那么每个人都应该得到犒劳。即使在现场总线最佳状态下,也有可能出现传输错误,同时增加总线周期。减少系统响应时间也有利于提高产品质量。运行良好的现场总线系统与设备不仅能增加整个系统的可靠性和提高产品质量,而且还能减少工厂管理人员,操作和维护人员的工作量—采用Pepperl+Fuchs的FieldConnex®高级诊断模块进行监测,看似是“黑洞”的现场总线安装变得明朗起来,