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现场总线证明“数字是最好的”

菜鸟
2007-09-13 21:58:14    评分
来自ABB在比利时Zaventem的Flavio Tolfo解释了数字技术如何带来了诸多好处,以及公司在提供产品时如何运用这一优势。

    历史上,现场设备和控制系统之间的通信不是对等的,需要用4-20mA电流回路接口。这种广泛运用的技术运行良好并允许正确传输测量的过程变量,以及有效的闭环回路控制。

 

    现场总线使用数字技术——在技术上,它是一种用于仪器仪表和其它工厂自动化设备的数字化、双向的多点通信系统-因此它们有足够的潜力来提高工业控制系统和现场仪器仪表之间的通信。它明显地简化系统结构,相应地节约了现场的布线、控制室的布局、机架编组和安全栅。而且,当使用了数字式现场仪器仪表时,就能提供大量的数据;具有高功能微处理器和记忆芯片的智能变送器,用来管理重要的设备组态和状态信息。把数据用于远程工程策划和维护自动化系统,从而取得更加重要的效益。

 

    以太网允许把办公室和过程环境集成于一个全局网络。一个高速的基于以太网的宽带网络能轻易地以很快的扫描速率容纳几百台设备。很明显,在理论上,更为简化的布线节省了材料和安装成本。

 

    实际上的限制 实际结果却不令人兴奋。低速段的设备数量受每个段所能支持的现场设备的数量所支配。限制的电流消耗以及周期扫描率使每个段的设备限制为6-8个。但在实际应用所需的低速段的数量可以很多,因此每个段需要一个连接设备、供应电源、连接器和终端器等等。材料和布线的节余会比预想的少,根据系统拓扑的不同而各不相同。

 

    不同的工业领域有不同的现场总线以适合它们自身的特殊要求。不少工业过程是在严酷的环境(存在易燃易爆的危险)下进行的,因此必须遵守严格的安装标准。不同的应用中有不同的技术,最普遍的测量和控制方法是本征安全Ex-I(IS) 。有了这种传统技术,每个发送到危险环境中的信号都需要一个IS栅过滤危险电流和电压高峰。IS栅通常置于设备区域的排架上。所需的附加设备可能很贵。

 

    现场总线I/O连接作成了软件,消除了成组排列的面板。另外,每个低速段只需要一个IS栅,因而大大减少了IS栅的数量。更少的材料带来了很大的节余。

 

    ABB推出新的智能以太网模块,使跨越洲际的控制驱动成为可能,它将驱动与因特网连接起来。以太网模块可与任何提供光纤连接的ABB驱动一起运行,通过标准的网络浏览器通信,简单实时地访问驱动。用户能够建立虚拟的监视室,并配置能上网的电脑,包括简单的拨号上网。

 

    离线组态 数字方式的优势在于,整个自动化系统、网络和现场仪器仪表都能通过系统工程工具进行离线组态。使用现场总线的优势在投运期间尤其明显。只要一个工程师就能单独地处理每个回路的投运,取代了两个工人(一个在控制室,另一个在现场)。时间和成本的节约是很显著的,在一个应用系统中,能达到10%—15%。

 

    在加工自动化领域的早期,一个现场设备与一个控制器连接,有不少这样的平行操作的独立回路连接。这种架构的主要好处是一个回路中出现的错误不会影响其它回路(单回路的完整性)。

 

    之后,分散控制系统将I/O和控制功能集中到更加有力的控制器和I/O模块中。但是这就牺牲了单回路的完整性;一个部件的出错能影响到几个回路,并可能对运行带来致命的影响,因此昂贵的冗余方案必须结合到架构中。

 

    现场总线恢复了单回路的完整性。例如,Foundation Fieldbus协议能够将控制功能分散到现场设备中。设备之间的对等通信保证了该功能对于架构的其它部分具有自主性。现在,可将一个控制回路分配给一个低速段,即使在网络的其他部分有出错的情况,保证它仍能继续运转。另外,现场总线检测网络元素的状况。一个部件如有故障能很快地查出并进行报告。现场设备可以在线替换,无须切断电源或中断正常的网络操作。

 

    在一个模拟的架构中,如过程的某处出现了一个超限的报警。定位出错设备是一个漫长的过程,也许是一个必要的过程中断。但是现场总线状态信号允许操作人员立刻辨识出错设备,得到出错原因的指示并且通过在线替换极大地加速了维修过程。

 

    通常的维修一般在工厂停运期间进行,这是避免阀门的潜在出错的最好方式。这包括:手工打开并检查阀门,有许多阀处于正常工作秩序中—这是为安全运行所付出的代价。当安装完总线后,维护工程师必须访问内部阀门参数,如阀芯的总行程长度、冲击行程次数和总运行时间等等。这些参数都是指示阀门运行性能的数据,它们能够暴露出一些性能降低的情况。只在需要时才进行维护。

 

    用于现场总线的高速以太网部件可以大批量生产,通常生产稳定且有过剩;这就降低了冗余架构的成本和对它的需要。批量总开销(CAPEX)的好处一般在于评估自动化项目中现场总线的投资,典型的引用为节省25%(虽然实际结果并非这么具有吸引力)。



关键词: 现场     总线     证明     数字     是最     好的     设备     回路         

菜鸟
2007-09-13 22:00:12    评分
2楼
复杂程度也在增加.

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