現場總線入門
圖6 反向短路保護有一個可以檢測短路的邏輯電路,從主干上移除短路部分,并閃爍紅燈。防止短路危及整個主干。
在圖3和圖5中標有“T”的方框顯示了一個典型的主干合適的中止位置。
在啟動過程中運行時經常會遇到的問題是判斷終端器的位置是否正確。在安裝現場總線設備時,DIP終端器的開關有時候沒有在正確位置,就會在啟動過程中產生問題。設備可能會運行不正常,不明原因的退出主干,通常會產生嚴重破壞——所有這些都是因為終端器沒有設置正確。
要檢查這個錯誤經常要對每個設備適配器進行物理檢查,來判斷整個主干的設備適配器是否設置正確。
在TRUNKGUARD設備適配器中所使用的自動主干終端,簡化了運行和啟動。當設備適配器在判斷它是否是最后一個現場總線設備適配器時,它會自動啟動;如果是,它就會自動把主干中止。如果不是,它不會自動中止主干,下游的設備適配器將會執(zhí)行這個任務。安裝人員沒有必要再進行設置DIP開關這樣的工作來設置主干終端了。
冗余現場總線
現場總線有一個最大的問題就是,所有的通訊和供電都基于一個簡單的雙絞線電纜。一旦這個電纜發(fā)生問題,它將會一次性的導致主干上所連接的所有設備失敗。不但主干失去了對其上的設備的控制,各個設備之間也無法相互通訊。盡管現場總線設備再控制系統(tǒng)失敗時仍然可以繼續(xù)工作,但是任何的電纜問題(短路或是斷路)都將會引起整個主干的不可操作。
這個問題當出現在嚴苛的工廠主干線上時將會更加嚴重,這個失敗可能會反過來影響這個工廠和過程應用,導致昂貴的進程中止,造成緊急狀況,或是向環(huán)境中釋放工業(yè)物質。
在冗余主干通訊方面,任何現場總線標準都沒有做出任何規(guī)定,許多現場總線供應商,包括一些大型的過程控制公司,已經研發(fā)了冗余現場總線方案,涉及到所有設備的完全復制——包括H1或是DP/PA接口、電源、總線電纜、設備適配器何以些關鍵的現場總線設備(圖7)——還有一些復雜的軟件也在這個方案之中。
圖7 一些現場總線冗余技術要求對主干進行完全的復制,在一些案例中,這意味著復制整個現場總線上的設備。當一個主干失敗時,DCS的邏輯判斷認定有失敗發(fā)生,開關由一個H1卡轉換到另外一個。
“選擇方案”是必要的,因為當一個現場總線主干失敗是一個控制系統(tǒng)并不能判斷出來,它只能檢測出H1或是DP/PA本身的失敗,或是一個特定的設備失敗。如果接口始終保持供電,控制系統(tǒng)通過分析設備的信號(或是所缺少的信號)來判斷整個主干的失敗。
不必說,這種冗余計劃是十分昂貴、復雜且很難維護的。當控制系統(tǒng)正在判斷是否出錯時,可能會發(fā)生災難性的后果。
懷著對可能失去整個關鍵的主干的擔心,終端用戶在使用現場總線時總是十分小心。當一個主干包含一個對于過程來說十分關鍵的設備時,他們經常會把每條主干的設備數目減少到幾個,或是把這些關鍵設備分布到許多冗余主干上。
MooreHawke已經為基金會現場總線系統(tǒng)解決了這個問題。
MooreHawke的 TRUNKSAFE?容錯現場總線系統(tǒng)提供了一種高可靠的方法,當一個基金會現場總線系統(tǒng)的主干上某點出現問題時(短路或斷路),可以保持現場設備之間和與DCS之間的持續(xù)通訊。
TRUNKSAFE(圖8)包括一個雙的,冗余的TPS高級現場總線電源調節(jié)器(一個為主干的每個分支供電),兩個現場總線電纜。和一個TRUNKSAFE設備適配器。
電源調節(jié)器安裝在DIN導軌上,大約為近一次為4個主干線供電。設備適配器可以容納6到10個現場總線設備。
圖8 TRUNKSAFE容錯現場總線系統(tǒng)只需要一個額外的電源調節(jié)器和分支電纜,如果一個主干出現問題,它立刻轉向另外一個備用主干。
在一個典型的TRUNKSAFE應用中,兩個冗余的H1接口卡連接到現場總線主干的兩個分支上,并且布線到現場。每個分支上的電源靠TRUNKSAFE電源調節(jié)器提供,電能再流經連接到許多現場總線設備的設備適配器。因為再安裝時,現場總線電纜分開安裝,所以,相同的故障(例如一個粗心的叉車司機所造成的事故)不會同時再兩條電纜上同時發(fā)生。
一旦再任一電纜上發(fā)生故障時,在受影響的分之上的電源調節(jié)裝置立即切斷電源和H1接口,并且強制DCS轉而使用另外一個H1卡。設備適配器可以被任何一個分支驅動;一旦一個分支停止供電,設備適配器自動從剩余的分支上也停止供電,并且自動實施主干終端。這些在幾毫秒內自動發(fā)生。
有了TRUNKSAFE,就沒有必要在重要的主干上復制所有的現場設備。如果某個設備失敗時,終端用戶可能還得復制此設備,但是為預防整個分支失敗而進行的設備復制就不再需要了。
完全冗余的TRUNKSAFE現場總線系統(tǒng)的花費只是比一個標準的現場總線系統(tǒng)稍多,卻遠遠低于系統(tǒng)的完全復制。實際上,便宜且完全容錯的FF系統(tǒng)已經為終端用戶不僅僅在重要的過程環(huán)路中提供冗余。
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