真正冗余的現(xiàn)場總線系統(tǒng)
SECURE現(xiàn)場總線網(wǎng)段設(shè)計的實施
連接FF H1作為環(huán)形電纜已經(jīng)被證明會產(chǎn)生通訊錯誤。在已安裝電纜之間自動切換的方法成本極高,而且非常復(fù)雜,并且依然會由于單點故障而導(dǎo)致整個網(wǎng)段的失效。
Hawke公司的SECURETrunkGuard系統(tǒng)僅僅要求把網(wǎng)段連接成倒“U”形就可以實現(xiàn)安全的現(xiàn)場總線網(wǎng)段?!癠”形網(wǎng)段回路的開口一端將處于后臺,被連接到標(biāo)準(zhǔn)的H1接口、現(xiàn)場總線電源以及總線終端器上。
圖1和圖2顯示了一個冗余現(xiàn)場總線網(wǎng)段的應(yīng)用實例。Hawke公司的傳統(tǒng)現(xiàn)場總線電源FPS200連接到標(biāo)準(zhǔn)H1接口,現(xiàn)場總線網(wǎng)段的兩端都連接了終端器。在現(xiàn)場,標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線設(shè)備連接到Hawke公司的真正冗余的現(xiàn)場總線系統(tǒng)Mike O’NeillSECURE TrunkGuard單元上,它可以根據(jù)要求提供現(xiàn)場總線分支短路保護功能。S E C U R ETrunkGuard單元有4通道、8通道、10通道3種規(guī)格可以根據(jù)需要選用,它通常與配套的防護等級為IP67的現(xiàn)場保護箱和相應(yīng)的電纜密封接頭一起成套提供。這樣現(xiàn)場總線網(wǎng)段就具有正常的電源供應(yīng)和符合要求的終端器,可以通過主H1接口同所有現(xiàn)場設(shè)備進行通訊了。
當(dāng)總線電纜斷裂時
當(dāng)總線電纜斷裂時,距離斷點最近的SECURE TrunkGuard單元會發(fā)現(xiàn):與下游設(shè)備的通訊聯(lián)絡(luò)中斷了,與此同時自動終端器電路會立刻起作用,為斷開的現(xiàn)場總線網(wǎng)段提供符合規(guī)范要求的100Ω/1μF終端器。這樣斷裂網(wǎng)段的兩個部分都變成了完整的功能正常的現(xiàn)場總線網(wǎng)段,每個部分都有正常的現(xiàn)場總線電源和終端器,都連接到正常的現(xiàn)場總線H1接口單元。DCS對過程數(shù)據(jù)的獲取和監(jiān)視不會有任何的中斷。
當(dāng)然DCS必須有相應(yīng)的軟件來及時發(fā)現(xiàn)和識別現(xiàn)場網(wǎng)段斷點,以便馬上修復(fù)。因為斷裂后形成的兩個網(wǎng)段對于單點故障都是脆弱的,就像傳統(tǒng)的網(wǎng)段一樣。有一個辦法可以解決這個問題,就是在正常運行時對每個H1接口和現(xiàn)場設(shè)備之間的通訊都作鏡像,當(dāng)H1接口和任何現(xiàn)場設(shè)備之間的通訊發(fā)生故障時,H1接口就產(chǎn)生出錯標(biāo)志,負責(zé)設(shè)備數(shù)據(jù)管理的處理器將會檢測到出錯標(biāo)志。如果處理器只是從一個H1接口收到出錯標(biāo)志,而不是從兩個H1接口都收到出錯標(biāo)志,這就說明現(xiàn)場已經(jīng)發(fā)生了潛在的斷線故障。如果處理器從兩個H1接口都收到了出錯標(biāo)志,這說明是現(xiàn)場設(shè)備本身出了故障。目前Yokogawa公司正在改造系統(tǒng)以便支持這種冗余解決方案。
對現(xiàn)場防爆認證的影響
采用“U”形網(wǎng)段的后果之一是:應(yīng)用于爆炸危險區(qū)域的本質(zhì)安全技術(shù)無法使用了。本質(zhì)安全防爆認證對輸送到現(xiàn)場去的能量大小有明確的限制,在電纜斷裂之前,由于有兩個現(xiàn)場總線電源為每個網(wǎng)段供電,因此兩個電源的電流總和必須低于本質(zhì)安全認證規(guī)定的能量限制。當(dāng)網(wǎng)段電纜斷裂以后,因為只有一個電源為每個網(wǎng)段供電了,這時網(wǎng)段的電流將會嚴(yán)重不足,使每個網(wǎng)段實際上只能支持大概兩三臺現(xiàn)場總線儀表。
人們在1970年代開發(fā)和應(yīng)用本質(zhì)安全防爆技術(shù)的原因是:本質(zhì)安全防爆技術(shù)可以使安裝在爆炸危險區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備在不斷電的情況下進行檢修、維護。由于技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代現(xiàn)場總線系統(tǒng)已經(jīng)結(jié)合了自診斷技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)和高可靠性電子電路等先進技術(shù)。現(xiàn)在可以通過手提電腦對現(xiàn)場設(shè)備進行遠程維護。如果需要,甚至可以從另外一個大洲對現(xiàn)場設(shè)備進行維護,因此現(xiàn)在已經(jīng)不再需要進行帶電現(xiàn)場維護了。很多公司都會歡迎用相對簡單的無火花防爆技術(shù)或是隔爆型防爆技術(shù)來替代昂貴復(fù)雜的本質(zhì)安全防爆技術(shù)。
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