現(xiàn)場總線以外的現(xiàn)場總線診斷

概述
數(shù)字現(xiàn)場總線技術(shù)經(jīng)常在高級診斷的基礎(chǔ)上得到證實(shí)。此文研究和展示了另外一種取得診斷的技術(shù)。即使在傳統(tǒng)的類似系統(tǒng)中，這項(xiàng)可供選擇的技術(shù)也是有效的，而且不用替代原有的現(xiàn)場設(shè)備。這項(xiàng)可選的方法已經(jīng)在現(xiàn)場得到證明，并且只占用現(xiàn)場總線花費(fèi)的很小一部分，而且還有很多用于現(xiàn)場總線之外的性能。
現(xiàn)場總線的診斷技術(shù)于這種可選的新技術(shù)將在以下幾點(diǎn)進(jìn)行比較：
● 現(xiàn)場設(shè)備的電子性能診斷
● 在線震動(dòng)檢測
● 控制器輸出噪音帶
● 輸出標(biāo)準(zhǔn)偏離
● 極限時(shí)刻輸出響應(yīng)時(shí)間
● 固有震蕩頻率
● 循環(huán)震蕩的時(shí)間
● 由于電子管靜態(tài)阻力產(chǎn)生的震蕩百分比

在現(xiàn)場總線可選的診斷方法中，有兩點(diǎn)是非常重要的：
1 OPC連通性
2 監(jiān)控軟件的執(zhí)行性能
因?yàn)榭蛇x方案從OPC收集信息，所以支持的DCS和PLC無需任何附加接線或是現(xiàn)場硬件。這包括使用4－20mA信號、現(xiàn)場總線、Profibus和 HART。這種現(xiàn)場總線診斷方案的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是所有的診斷都是在正常操作下進(jìn)行，而無需其它特殊診斷，只從日常的操作數(shù)據(jù)進(jìn)行就可以了。這個(gè)性能監(jiān)控軟件無需特別的測試或是手持探測器，所有的工作進(jìn)程都是在自動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行。

背景
在過去的15到20年中，已經(jīng)出現(xiàn)了許多種方法來產(chǎn)生現(xiàn)場總線技術(shù)。這些系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的有兼容性、可以在危險(xiǎn)的環(huán)境下供電或是布線需要等等。從用戶的角度來看，潛在的受益可能包括現(xiàn)場控制，減少布線費(fèi)用、加強(qiáng)現(xiàn)場設(shè)備的診斷功能等主要方面。
新的設(shè)備與已經(jīng)存在的設(shè)備相比，利用這種新型的可選診斷方法，會(huì)有更加明顯的效果。本文將會(huì)對現(xiàn)有設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備診斷方法和新的診斷方法在性能和效果方面進(jìn)行比較。新的方法進(jìn)行現(xiàn)場診斷時(shí)，考慮到整個(gè)控制回路，例如控制器、電子管和傳感器。新方法使用已經(jīng)存在的結(jié)構(gòu)包括4－20mA的模擬設(shè)備來增強(qiáng)診斷功能。新的方法基于過去幾年涌現(xiàn)出來的一組制造業(yè)的智能軟件，包括檢測電子期間、傳感器和控制器問題的一些新的算法。這個(gè)執(zhí)行監(jiān)控軟件使用了OPC和OPCHDA，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通訊系統(tǒng)。允許執(zhí)行監(jiān)測系統(tǒng)來從診斷計(jì)算器上使用的各種資源上獲得實(shí)時(shí)信息。

安裝數(shù)字現(xiàn)場設(shè)備的要求
要理解一個(gè)基于總線的設(shè)備，用戶必需明確以下幾點(diǎn)：
● 變送器替換
● 定位器的升級
● 布線
● A/D轉(zhuǎn)換器更新
● 過程中停工時(shí)間
● 軟件安裝
● 培訓(xùn)

以上幾點(diǎn)都有在下文都有敘述。
用變送器替代數(shù)字現(xiàn)場總線
使用數(shù)字現(xiàn)場總線，對于每一個(gè)控制環(huán)來說，用戶必須安裝一個(gè)新的變送器或是至少為現(xiàn)場傳感器安裝一個(gè)新的最高工作站。儀器花費(fèi)將會(huì)從500美元到3000美元。
數(shù)字現(xiàn)場設(shè)備的定位器的更新
對于現(xiàn)場總線來說，控制閥定位器必須被數(shù)字閥定位器取代。定價(jià)為每個(gè)定位器從300美元到1500美元。
為數(shù)字現(xiàn)場設(shè)備布線
為數(shù)字現(xiàn)場設(shè)備的新的布線必須從控制室開始重新安裝。因?yàn)椴捎脭?shù)字協(xié)議，布線必須包括閥和變送器。如果工程計(jì)算顯示可以處理負(fù)載，就有可能重新使用已經(jīng)存在的電纜和布線方式。
數(shù)字現(xiàn)場設(shè)備的A/D轉(zhuǎn)換更新
一旦新的布線到位，新的電子模塊就必須取代就有的A/D轉(zhuǎn)換器，這將會(huì)使數(shù)字現(xiàn)場信號對于控制系統(tǒng)是有效的。在有些案例中，如果在系統(tǒng)中使用相同的數(shù)字協(xié)議，就必須使用這個(gè)設(shè)備了。

現(xiàn)場總線的進(jìn)程中止
為了安裝以上的數(shù)字現(xiàn)場總線設(shè)備，有時(shí)就必須停止進(jìn)程，同時(shí)，一些關(guān)鍵的傳感器和閥就會(huì)被切入到新的系統(tǒng)。
數(shù)字現(xiàn)場總線軟件安裝
下一步就是安裝新的軟件了，用來管理數(shù)字現(xiàn)場設(shè)備，從現(xiàn)場設(shè)備處申請?jiān)\斷。
數(shù)字現(xiàn)場設(shè)備的培訓(xùn)
最后，針對新的設(shè)備上所安裝的新的服務(wù)進(jìn)程和新軟件的使用對工廠人員進(jìn)行必要的培訓(xùn)是非常必要的。
新的現(xiàn)場設(shè)備的費(fèi)用保守估計(jì)每個(gè)周期大約2000美元到3000美元。
來達(dá)到以上要求的所需要的人力和開支在本文中并沒有被完全量化，因?yàn)樵S多不確定性因素將會(huì)影響最后的開支，但是可以假定這將是人力、開支和潛在減產(chǎn)問題的主要保證。當(dāng)基于現(xiàn)場的系統(tǒng)安裝以后，為了判斷安裝這樣一個(gè)系統(tǒng)的成果，什么樣的診斷信息是有效的呢？

從現(xiàn)場總線設(shè)備樣機(jī)上得到的有效信息
我們調(diào)查了有些樣機(jī)，用來判斷現(xiàn)場診斷信息的有效性，并把他們與新型的可選監(jiān)控方法進(jìn)行比較。只是單純顯示現(xiàn)場總線電子器件的工作狀態(tài)的信息排除在外，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的4－20mA設(shè)備不需要這些信息。對于過程動(dòng)態(tài)性能來說比較有用的主要操作信息在考慮之列。

現(xiàn)場設(shè)備1
一些信息與硬件錯(cuò)誤有關(guān)，例如電子器件錯(cuò)誤、存儲(chǔ)器錯(cuò)誤或是機(jī)械失敗或是電源啟動(dòng)失敗。在擴(kuò)展的診斷信息中，例如板對板通訊失敗，通訊超時(shí)都被列出。有人可能會(huì)問：現(xiàn)在的許多診斷在診斷電子器件方面要比直接與操作過程和進(jìn)程可靠性方面更加有效嗎？
在擴(kuò)展的類別中兩項(xiàng)比較有意義的診斷信息包括閥行程和閥轉(zhuǎn)換。這些診斷信息與設(shè)備的所需的服務(wù)直接相關(guān)。這些診斷信息可以被用來鑒別和預(yù)測與控制環(huán)性能有關(guān)的其他問題，例如與工廠其它控制環(huán)有關(guān)的協(xié)調(diào)和交互。
有兩個(gè)附加的診斷信息是格外顯著的，它們是摩擦力警告和行程背離警告。這種摩擦力警告是非常有用的，因?yàn)殚y摩擦是控制環(huán)性能較差的主要原因，有時(shí)，會(huì)在整個(gè)過程裝置中影響其性能。