位于南卡羅萊納州哥倫比亞市的Eastman Chemical公司在其非危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)施中使用了基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和Emerson公司的DeltaV硬件。此系統(tǒng)工作良好，Eastman公司決定在另一家工廠安裝現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。所面臨的挑戰(zhàn)是如何將類似于第一家工廠中的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)安裝在具有完全不同的環(huán)境的第二家工廠中。

現(xiàn)場(chǎng)總線電源板載物理層診斷功能

挑戰(zhàn)

我們的第二家工廠具有很多Class I Div. 1和Class I Div. 2危險(xiǎn)區(qū)域，而且不僅僅是爆炸性危險(xiǎn)區(qū)域，還具有強(qiáng)烈的腐蝕性。通常本質(zhì)安全FISCO(現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)安全概念)段由于具有一定數(shù)量的信號(hào)損耗，所以僅允許最多4臺(tái)設(shè)備連接在較短的段內(nèi)。我們希望所安裝的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)能夠工作于嚴(yán)酷的條件下和爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境中，并且具有最高的本質(zhì)安全段容量。我們還希望我們的員工可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)儀表進(jìn)行操作。

FISCO在臨界值周圍提供了常規(guī)的本質(zhì)安全解決方案。它允許危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)更高的電壓和電流--12.8 V和115 mA。干線長(zhǎng)度和支線長(zhǎng)度分別是1000m和30m，它可以確保安全性，無需進(jìn)行系統(tǒng)認(rèn)證，F(xiàn)ISCO不要求在現(xiàn)場(chǎng)接線盒中將帶電部件和非帶電部件隔離。

我一直在猶豫是否將這種對(duì)電壓有嚴(yán)格要求的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用在工廠中，原因之一就是系統(tǒng)剛投運(yùn)時(shí)是很清潔的，但是我們的工作環(huán)境具有強(qiáng)腐蝕性，觸點(diǎn)會(huì)變臟，接線盒開始老化。時(shí)間一久，鐵銹和腐蝕就會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。這些問題還會(huì)帶來額外的電阻，進(jìn)而導(dǎo)致更高的電壓降。隨機(jī)和間歇性的通訊故障是很難發(fā)現(xiàn)并消除的。通常只有在工廠停機(jī)之后才能發(fā)現(xiàn)，而我們希望能夠在停機(jī)之前就發(fā)現(xiàn)這些問題。而且，我不確定12.8V是否足以補(bǔ)償腐蝕所導(dǎo)致的更多的電壓降，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備工作電壓最低為9V。

可能的解決方案

為了尋求最佳的解決方案，以應(yīng)對(duì)我們所面臨的挑戰(zhàn)，我們參加了北卡羅來納州Charlotte市Robert E. Mason舉辦的研討會(huì)，會(huì)上我們看到了關(guān)于高級(jí)診斷模塊(ADM)的介紹。Pepperl+Fuchs公司聲稱其ADM不僅能夠節(jié)省投建和試運(yùn)行的時(shí)間，還可以檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)總線段上的問題情況和故障。安裝過程中的任何變動(dòng)都可以在其對(duì)工廠性能造成致命影響之前被檢測(cè)到，例如那些由腐蝕帶來的影響，或者由于操作人員的忽視所導(dǎo)致的問題。

ADM是Pepperl+Fuchs公司Field- Connex產(chǎn)品線的一員，用于現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。FieldConnex允許為你的項(xiàng)目設(shè)計(jì)專用的現(xiàn)場(chǎng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)總線負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)，而 FieldConnex提供基礎(chǔ)設(shè)施：電源、安裝設(shè)備和附件。高功率干線概念(HPT)與FieldBarrier結(jié)合，帶來了實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全現(xiàn)場(chǎng)總線段的新方法。FieldConnex電源集線器中集成的ADM可以持續(xù)監(jiān)控整個(gè)安裝過程。

高功率干線

HPT并非將現(xiàn)場(chǎng)總線干線上的能量限制在本質(zhì)安全或者無火花的要求之下，而是限制到每一臺(tái)儀表的支線連接的能量。FISCO與HPT概念結(jié)合，干線上的能量由115mA提升到500mA，這種提升確保了現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備安裝上的一致性，不用考慮危險(xiǎn)區(qū)域分級(jí)。FieldBarrier在現(xiàn)場(chǎng)完成能量限制的任務(wù)，而不是在控制室中完成，因此能量更有效率的按需分配至相應(yīng)的儀表?；谝陨显?，段保護(hù)設(shè)備的安裝對(duì)于危險(xiǎn)區(qū)域和非危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)用很類似。HPT對(duì)一致性、電纜連接和資金節(jié)省都有幫助。

HPT的另一好處是允許用戶使用冗余模塊標(biāo)準(zhǔn)化功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使其能夠應(yīng)用于工廠的所有區(qū)域。使用30 V / 500 mA的電源可以獲得最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度和最大的負(fù)載能力，無需使用中繼器。

FieldBarriers

FieldBarriers是HPT的核心。它們安裝于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，提供防爆所要求的短路保護(hù)和限能措施。它們能夠確保即使在支線發(fā)生故障狀態(tài)的時(shí)候現(xiàn)場(chǎng)總線段仍舊能夠持續(xù)工作。HPT分別考慮每一個(gè)支線連接，擴(kuò)展了FISCO驗(yàn)證手段。FieldBarrier在干線上環(huán)接，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以帶電操作。它們可以用于FISCO、FNICO、危險(xiǎn)區(qū)域和非危險(xiǎn)區(qū)域通用安裝場(chǎng)合。

帶有FISCO支線連接的FieldBarrier

安裝

在以前的工廠系統(tǒng)中安裝設(shè)備時(shí)，我們使用標(biāo)準(zhǔn)的方法：將干線電纜分開，然后進(jìn)行電阻和電容檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題，技術(shù)人員深入現(xiàn)場(chǎng)，查明問題來自于干線系統(tǒng)、支線電纜還是儀表。在設(shè)備搭建時(shí)候的查錯(cuò)過程是很耗時(shí)的。然而，一旦我們將系統(tǒng)搭建完成并且試運(yùn)行之后，它就可以正常工作了?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的儀表安裝無需技術(shù)人員深入現(xiàn)場(chǎng)完成校準(zhǔn)核查、在變送器中設(shè)置比例因子、確認(rèn)4-20mA信號(hào)回傳。設(shè)備搭建十分快速，僅僅使用一天時(shí)間，我們就完成了40臺(tái)設(shè)備的安裝和試運(yùn)行。

在我們第二家工廠的設(shè)備安裝項(xiàng)目中，我們被告知無需親力親為。不出意料，有了高級(jí)診斷功能，我們可以在連接設(shè)備之前對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描診斷。設(shè)備安裝之后，我們?cè)僖淮螌?duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃描，比較噪聲等級(jí)、功率分布和網(wǎng)絡(luò)健康狀況。

但是我對(duì)此并非深信不疑。我認(rèn)定安裝經(jīng)驗(yàn)對(duì)于通訊質(zhì)量至關(guān)重要。所以，為了將系統(tǒng)完美安裝，我們謹(jǐn)小慎微。我們首先安裝了4個(gè)段，然后進(jìn)行了徹底的初裝檢查：檢查了所有的模塊和終端、進(jìn)行電阻和電容檢查、進(jìn)行手動(dòng)示波器掃描、時(shí)候手持配置器檢查每一臺(tái)設(shè)備。然后我們使用ADM驗(yàn)證所有的信息--結(jié)果是完美匹配。

高級(jí)診斷監(jiān)視器

事實(shí)上，ADM在一個(gè)模塊上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，而我們的手持通訊器并未發(fā)現(xiàn)。它被跨接了，但是并不會(huì)導(dǎo)致基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線無法工作。我們的系統(tǒng)仍舊可以工作，所以我們得不到任何通訊錯(cuò)誤，而實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)是并不安全的。ADM發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，在一個(gè)模塊上，我們忘記了去除終端電阻。我對(duì)于高級(jí)診斷功能的信心逐漸建立起來。

我們要搭建的下一個(gè)系統(tǒng)具有8個(gè)段。這次，我們干線電纜上的所有終端器件都正確連接。在我們確定段安裝沒問題之后，我使用高級(jí)診斷監(jiān)視器來試運(yùn)行所有 8個(gè)段。僅僅用了20分鐘就發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)人員的2個(gè)失誤：其中一個(gè)是他們忘記打開現(xiàn)場(chǎng)的終端器件，另一個(gè)是極性反接。10分鐘之后，問題被改正，段重新工作，完全健康。