零故障現(xiàn)場總線
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不少位于亞洲的新建的煉油廠、化工廠和其他主要的過程工廠都采用由現(xiàn)場總線連接的DCS系統(tǒng)控制，這些控制系統(tǒng)大多來自于艾默生過程管理、橫河、西門子、霍尼韋爾、英維斯和其他控制系統(tǒng)廠商。 采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)的原因是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/現(xiàn)場總線">現(xiàn)場總線總是承諾能帶給用戶運(yùn)行和維護(hù)上以不少優(yōu)勢：過程的高效運(yùn)行，是因?yàn)橛辛烁嗟男畔?；系統(tǒng)更少的停機(jī)時(shí)間，是因?yàn)橛辛祟A(yù)測性過程診斷；而且，儀表能告訴我們何時(shí)需要對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)或維護(hù)。
在一個(gè)傳統(tǒng)的工廠內(nèi)，一個(gè)儀表技師大約65%的時(shí)間都不用再花費(fèi)在解決儀表問題上。有了現(xiàn)場總線，就能從HMI顯示器上輕松的得出問題所在，以及問題的具體情況。
雖然現(xiàn)場總線系統(tǒng)為用戶提供了很多先進(jìn)的功能，但是在項(xiàng)目確定之出還是要做出很多關(guān)鍵的決定，這些決定會(huì)在將來影響系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行。 在項(xiàng)目實(shí)施團(tuán)隊(duì)完成項(xiàng)目，向工廠交付使用了之后的很長的一段時(shí)間內(nèi)，仍然會(huì)有很多問題，雖然這些問題不是由控制系統(tǒng)供應(yīng)商帶來的，這些問題包括:
?安裝和啟動(dòng)；
?短路保護(hù)；
?卸載和更換儀表；
?安裝本安系統(tǒng)；
?設(shè)置冗余系統(tǒng)。
其中許多問題能通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)最出的對現(xiàn)場總線設(shè)備的適當(dāng)?shù)脑O(shè)置解決。 用戶應(yīng)該注意這些問題，了解最新的硬件方案，并要求DCS供應(yīng)商設(shè)置硬件，以將維護(hù)成本最小化。
一個(gè)小型的調(diào)查顯示，當(dāng)配置整個(gè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)時(shí)，維護(hù)、啟動(dòng)和安裝問題都是相當(dāng)重要的。大約90%的現(xiàn)場總線問題都由連線問題引起的，最大的問題是：端口、系統(tǒng)沖突和接地不當(dāng)。
開始
最令人覺得棘手的問題總是在起始階段出現(xiàn)。為什么儀表不工作了？在很多案例中，這是個(gè)安裝問題。簡單地說，技術(shù)人員沒有正確設(shè)置終端。 所有的現(xiàn)場總線網(wǎng)段需要正確的端口，以防止通信錯(cuò)誤。
但是可惜的是，很多分包商很少關(guān)注端子對于運(yùn)行的重要性，要么完全忽略它們，要么只是隨處簡單的安裝一下。通常，接線盒和現(xiàn)場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(yùn)行進(jìn)程的重要因素。
試運(yùn)行中的延誤就意味著成本的代價(jià)。根據(jù)某家石油公司的估計(jì)，煉油工廠的時(shí)間延誤成本能達(dá)到每小時(shí)40萬美元。
這類問題能從系統(tǒng)設(shè)計(jì)最初得到改變，只要在新型的設(shè)備耦合器上設(shè)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(yùn)行。如果采用各種的現(xiàn)場設(shè)備耦合器，自動(dòng)端子能在最遠(yuǎn)的單元上響應(yīng)，自動(dòng)連接未結(jié)合的網(wǎng)段。
短路保護(hù)
在任何的現(xiàn)場總線的安裝中，短路是個(gè)常見的問題。設(shè)備維護(hù)人員很可能碰掉了線纜；腐蝕會(huì)降低連接性；泵或馬達(dá)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)使線纜或端子的連接松動(dòng)。維護(hù)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。
過去的現(xiàn)場總線系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上依賴電流限制方法，來實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)。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(xù)連接上，這個(gè)方法有缺陷。傳統(tǒng)的電流方法會(huì)使小于9V的儀表失效，當(dāng)某個(gè)設(shè)備的電壓小于9V，就會(huì)被從網(wǎng)段中剔出出去。
典型的現(xiàn)場總線網(wǎng)段電流為350mA ，電壓25V，理論上足夠支持16X 20mA 的現(xiàn)場總線設(shè)備，但是系統(tǒng)必須計(jì)入所有的電壓降。這樣就有可能使某些設(shè)備的電壓小于限制值，甚至使整個(gè)處理單元停機(jī)。
有兩個(gè)方法能解決此類問題。第一個(gè)是預(yù)留安全范圍。也就是說，不要僅僅根據(jù)理論數(shù)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(yù)留空間。當(dāng)然，這會(huì)對儀表的數(shù)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(yùn)行。當(dāng)然，考慮到現(xiàn)場總線設(shè)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(shè)備耦合器，采用過載（fold back）短路保護(hù)，過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(xiàn)短路激勵(lì)時(shí)，探測到網(wǎng)段中的儀表的短路，并從網(wǎng)段中分離開，并打開紅色的LED顯示報(bào)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(hù)人員很希望在危險(xiǎn)環(huán)境中能方便地去除某個(gè)現(xiàn)場儀表時(shí)，不需要使整個(gè)網(wǎng)段都停車，而且不需要復(fù)雜的儀表斷開程序和機(jī)械互鎖。這些頭疼的問題也能通過增加專用的現(xiàn)場總線設(shè)備耦合器得以解決。
本安系統(tǒng)
本安系統(tǒng)能允許在危險(xiǎn)環(huán)境中的儀表的使用。本安系統(tǒng)即使連接線在危險(xiǎn)環(huán)境中出現(xiàn)斷路，也能保證安全。
本安系統(tǒng)如FISCO，在歐洲相當(dāng)?shù)氖⑿?，主要是德國的影響比較大。因?yàn)槠涓甙旱某杀?，在其他地區(qū)的使用較少。 一個(gè)本安系統(tǒng)需要昂貴的隔離柵和電源，支持網(wǎng)段中一部分的總線儀表。一個(gè)本安網(wǎng)段中采用4到6 個(gè)現(xiàn)場總線設(shè)備的情況很少。FISCO能大大降低系統(tǒng)的MTBF，并減少幾乎一半的線纜長度。
近年來，出現(xiàn)一個(gè)新的概念，能解決一些成本問題。 簡單的說，將隔離柵分成兩部分，一部分在安全/危險(xiǎn)的接口處，另一部分在設(shè)備耦合器上。 這個(gè)高效的設(shè)計(jì)允許每個(gè)網(wǎng)段能保至幾乎所有350mA電流，并保持標(biāo)準(zhǔn)的本安連接。
設(shè)置冗余
大多數(shù)工廠中都有某些重要的設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障就會(huì)引起整個(gè)工序的停機(jī)。傳統(tǒng)的方法是安裝冗余儀表和控制設(shè)備。大多數(shù)現(xiàn)場總線產(chǎn)品，現(xiàn)場冗余系統(tǒng)的方法是完全復(fù)制整個(gè)網(wǎng)段，包括H1接口、電源、設(shè)備耦合器、現(xiàn)場總線儀表、儀表到耦合器的接連線，以及現(xiàn)場總線線纜。
但是復(fù)制所有元件，從H1卡到現(xiàn)場儀表，成本相當(dāng)?shù)母?。不僅在硬件成本上要高一倍，而且，在復(fù)制復(fù)雜的現(xiàn)場儀表時(shí)，如流量壓力變送器等，都是非常昂貴的。
新的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，如TrunkSafe，包含了雙冗余現(xiàn)場電壓穩(wěn)壓器、兩個(gè)現(xiàn)場總線線纜，一個(gè)容錯(cuò)設(shè)備耦合器。無須在復(fù)制現(xiàn)場儀表，除非用戶擔(dān)心某些儀表易出故障。而且，新的系統(tǒng)能將成本將至傳統(tǒng)冗余系統(tǒng)的二分之一 或三分之一。
不再頭疼
現(xiàn)場總線是一項(xiàng)令人激動(dòng)的技術(shù)，雖然維護(hù)上的問題困擾了人們近10年?，F(xiàn)在，新的方案能解決這些問題。為避免你的新現(xiàn)場總線系統(tǒng)中出現(xiàn)的維護(hù)問題，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)最初考慮到所有的設(shè)計(jì)方案。
對于最終用戶來說，要明白DCS供應(yīng)商不可能提供所有的現(xiàn)場總線硬件設(shè)備。如，在一個(gè)FF系統(tǒng)中，DCS供應(yīng)商通常只提供H1卡。其他的現(xiàn)場總線設(shè)備，包括電源、設(shè)備耦合器等，由其他供應(yīng)商提供，如MooreHawke、 Relcom和 P+F。
最終用戶有權(quán)利向DCS供應(yīng)商要求，考慮一些新的硬件和更多的方案，而不是接受10年來的老方案，然后為維護(hù)和運(yùn)行頭疼不已。
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