現(xiàn)場總線：采用高級診斷工具調(diào)試

采用現(xiàn)場總線技術(shù)的流程工廠

流程工廠的測量和控制任務(wù)可由現(xiàn)場總線技術(shù)完成，而采用現(xiàn)場總線技術(shù)的工廠將從中受益。智能化現(xiàn)場設(shè)備可以提供更高的精度。從模擬量到數(shù)字量僅需經(jīng)過一次變換，數(shù)字量的傳輸可通過奇偶校驗(yàn)等方式來保證傳輸精度， 從而保障控制回路的高精度，輸出的高穩(wěn)定性。

如今的現(xiàn)場設(shè)備可傳輸附加的狀態(tài)信息，如：正常運(yùn)行或故障信息，或現(xiàn)場設(shè)備的其它狀態(tài)。通過現(xiàn)場設(shè)備的一些有規(guī)律的狀態(tài)信息來達(dá)到預(yù)防性維護(hù)的目的。DCS廠家則稱之為資產(chǎn)管理系統(tǒng)。這些功能在很多時(shí)候?qū)τ谠O(shè)備維護(hù)來說，可以起到事半功倍的效果。

另外，如果在批處理工藝過程或在工廠運(yùn)行時(shí)更換現(xiàn)場設(shè)備時(shí)，通過現(xiàn)場總線的遠(yuǎn)程組態(tài)功能可以大大提高其工作效率，綜合上述的優(yōu)勢，在過程自動(dòng)化行業(yè)中，即使是在相對保守應(yīng)用場合，現(xiàn)場總線無疑確立了自己的地位。

高級診斷工具揭開了現(xiàn)場總線通訊的神秘面紗

很多初次接觸現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的人總是把它看作一個(gè)“黑洞”或是一個(gè)費(fèi)解的通道，數(shù)據(jù)通過DCS被輸入到通道中并且由一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備所接收，反之亦然，這個(gè)過程多多少少有些神秘。其實(shí)道理很簡單：當(dāng)多個(gè)設(shè)備由同一根電纜并行連接起來的時(shí)候，通訊信號就具有了更復(fù)雜的程度。尤其是于4~20mA 技術(shù)相比較時(shí)，這一點(diǎn)更為明顯。當(dāng)一個(gè)電纜只連接一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備時(shí)，其負(fù)載電流可以反映所有信息： 測量值，短路情況，以及電纜的損壞程度。

高級診斷模塊在裝置運(yùn)行中自動(dòng)監(jiān)視現(xiàn)場總線的物理層狀態(tài)。其監(jiān)測值可在控制室讀取。其總報(bào)警信息可通過OPC接口很容易集成到工廠控制系統(tǒng)中。

運(yùn)行和維護(hù)的人員有時(shí)對操作行為的描述表達(dá)的很模糊，比如：“設(shè)備全天運(yùn)行都很好—只是突然間信號消失了幾個(gè)小時(shí)，但隨后又出現(xiàn)了” 或是“現(xiàn)場設(shè)備的LCD有電，但該設(shè)備在段活動(dòng)列表中只是瞬間存在”。多數(shù)情況下，由于手持工具不能解讀現(xiàn)場總線電纜數(shù)據(jù)信號，從而不能將必要的信息告之使用者，進(jìn)而導(dǎo)致了上述記錄描述模糊情況的發(fā)生。

如今的現(xiàn)場總線診斷工具把現(xiàn)場總線物理層及其通訊變得透明—如 使用于FieldConnex® Power Hub 的高級診斷模塊。 該模塊可測量供電單元外供電電壓，網(wǎng)段負(fù)載電流，總線信號幅值，線路噪音或信號畸變。該診斷模塊可監(jiān)聽總線通訊過程，并可區(qū)分出網(wǎng)段信息和單個(gè)現(xiàn)場設(shè)備的信息。診斷管理器可顯示簡單明了的信息以便用戶讀取—這將本來模糊化的工廠環(huán)境變得透明起來。

非正常情況

每天，許多對現(xiàn)場總線物理層和通訊造成損害的情況發(fā)生，而我們卻不能檢測到：

• 使用不合規(guī)格的電纜，
• 使用可能進(jìn)水的不封閉安裝機(jī)柜。腐蝕會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場設(shè)備信號傳輸?shù)乃p。
• 由于震動(dòng)，連接有可能松動(dòng)
• 電纜或現(xiàn)場設(shè)備老化
• 屏蔽層的毛刺可能導(dǎo)致現(xiàn)場總線兩極不平衡或?qū)Φ囟搪?/li>
• 屏蔽接地不正確會(huì)使回路引入更多的感應(yīng)噪聲。

導(dǎo)致用戶的上述模糊描述的原因是多方面的。任何一種條件都可導(dǎo)致現(xiàn)場總線物理層參數(shù)超出警告值，但還不至于引起通訊中斷。現(xiàn)場總線是一種容錯(cuò)型系統(tǒng)，但多種小的故障疊加起來，嚴(yán)重影響其運(yùn)行，在此時(shí)，任何一個(gè)額外的干擾都足以使整個(gè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)參數(shù)*超過極限，從而使通訊中斷。比如：在靠近總線主干線的附近啟動(dòng)變頻電機(jī)，引入干擾信號，這樣，現(xiàn)場總線就會(huì)被瞬間中斷。

現(xiàn)場總線物理層其實(shí)并不神秘；它僅僅需要由正確的工具發(fā)出清晰的指示，比如使用高級診斷模塊。所有上述的情況均可被檢測到并及時(shí)的得到處理。在調(diào)試過程中，安裝質(zhì)量越高，通訊的容錯(cuò)水平就越高。但這并不能讓用戶滿足：用戶需要的是在干擾嚴(yán)重之前監(jiān)測到并可以提前預(yù)警。

警告和報(bào)警功能，便于預(yù)防性維護(hù)。

高級診斷模塊可在線實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場總線通訊。操作及維護(hù)人員可在控制室中查看所有數(shù)據(jù)。 無須操作人員到危險(xiǎn)區(qū)域中操作。無須打開控制機(jī)柜或現(xiàn)場接線箱進(jìn)即可直接得到所有需要的信息。

通訊：通訊信號調(diào)制到電源上，其比特信號（bit）為矩形波的上升、下降沿，峰-峰值為1V。這樣可以使得現(xiàn)場總線通訊非常穩(wěn)定并且抗干擾。

調(diào)試過程中，所有測量值均可設(shè)置一帶死區(qū)的警告值，只要已超出該警告值，便觸發(fā)警告，并傳送到操作站。此時(shí)操作人員便可通過高級診斷模塊來進(jìn)行診斷：信號噪音增大，信號接地等，情況是否有惡化跡象。裝置操作人員便可根據(jù)這些診斷性信息做出判斷，以決定是否需要立即維修，還是等到下一班次進(jìn)行維修，或者等到裝置大修再做處理— 而這一切沒有妨礙工廠高質(zhì)量的生產(chǎn)水平。

生產(chǎn)優(yōu)化— 心態(tài)平和

如果能減少裝置停車次數(shù)或是非計(jì)劃損耗，那么每個(gè)人都應(yīng)該得到犒勞。即使在現(xiàn)場總線狀態(tài)下，也有可能出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤，同時(shí)增加總線周期。減少系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間也有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。運(yùn)行良好的現(xiàn)場總線系統(tǒng)與設(shè)備不僅能增加整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且還能減少工廠管理人員，操作和維護(hù)人員的工作量—采用Pepperl+Fuchs的FieldConnex®高級診斷模塊進(jìn)行監(jiān)測，看似是“黑洞”的現(xiàn)場總線安裝變得明朗起來，