現場總線以外的現場總線診斷

概述
數字現場總線技術經常在高級診斷的基礎上得到證實。此文研究和展示了另外一種取得診斷的技術。即使在傳統的類似系統中，這項可供選擇的技術也是有效的，而且不用替代原有的現場設備。這項可選的方法已經在現場得到證明，并且只占用現場總線花費的很小一部分，而且還有很多用于現場總線之外的性能。
現場總線的診斷技術于這種可選的新技術將在以下幾點進行比較：
● 現場設備的電子性能診斷
● 在線震動檢測
● 控制器輸出噪音帶
● 輸出標準偏離
● 極限時刻輸出響應時間
● 固有震蕩頻率
● 循環震蕩的時間
● 由于電子管靜態阻力產生的震蕩百分比

在現場總線可選的診斷方法中，有兩點是非常重要的：
1 OPC連通性
2 監控軟件的執行性能
因為可選方案從OPC收集信息，所以支持的DCS和PLC無需任何附加接線或是現場硬件。這包括使用4－20mA信號、現場總線、Profibus和 HART。這種現場總線診斷方案的另外一個優點就是所有的診斷都是在正常操作下進行，而無需其它特殊診斷，只從日常的操作數據進行就可以了。這個性能監控軟件無需特別的測試或是手持探測器，所有的工作進程都是在自動狀態下進行。

背景
在過去的15到20年中，已經出現了許多種方法來產生現場總線技術。這些系統設計的目的有兼容性、可以在危險的環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場控制，減少布線費用、加強現場設備的診斷功能等主要方面。
新的設備與已經存在的設備相比，利用這種新型的可選診斷方法，會有更加明顯的效果。本文將會對現有設備的現場設備診斷方法和新的診斷方法在性能和效果方面進行比較。新的方法進行現場診斷時，考慮到整個控制回路，例如控制器、電子管和傳感器。新方法使用已經存在的結構包括4－20mA的模擬設備來增強診斷功能。新的方法基于過去幾年涌現出來的一組制造業的智能軟件，包括檢測電子期間、傳感器和控制器問題的一些新的算法。這個執行監控軟件使用了OPC和OPCHDA，一個標準的通訊系統。允許執行監測系統來從診斷計算器上使用的各種資源上獲得實時信息。

安裝數字現場設備的要求
要理解一個基于總線的設備，用戶必需明確以下幾點：
● 變送器替換
● 定位器的升級
● 布線
● A/D轉換器更新
● 過程中停工時間
● 軟件安裝
● 培訓

以上幾點都有在下文都有敘述。
用變送器替代數字現場總線
使用數字現場總線，對于每一個控制環來說，用戶必須安裝一個新的變送器或是至少為現場傳感器安裝一個新的最高工作站。儀器花費將會從500美元到3000美元。
數字現場設備的定位器的更新
對于現場總線來說，控制閥定位器必須被數字閥定位器取代。定價為每個定位器從300美元到1500美元。
為數字現場設備布線
為數字現場設備的新的布線必須從控制室開始重新安裝。因為采用數字協議，布線必須包括閥和變送器。如果工程計算顯示可以處理負載，就有可能重新使用已經存在的電纜和布線方式。
數字現場設備的A/D轉換更新
一旦新的布線到位，新的電子模塊就必須取代就有的A/D轉換器，這將會使數字現場信號對于控制系統是有效的。在有些案例中，如果在系統中使用相同的數字協議，就必須使用這個設備了。

現場總線的進程中止
為了安裝以上的數字現場總線設備，有時就必須停止進程，同時，一些關鍵的傳感器和閥就會被切入到新的系統。
數字現場總線軟件安裝
下一步就是安裝新的軟件了，用來管理數字現場設備，從現場設備處申請診斷。
數字現場設備的培訓
最后，針對新的設備上所安裝的新的服務進程和新軟件的使用對工廠人員進行必要的培訓是非常必要的。
新的現場設備的費用保守估計每個周期大約2000美元到3000美元。
來達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，因為許多不確定性因素將會影響最后的開支，但是可以假定這將是人力、開支和潛在減產問題的主要保證。當基于現場的系統安裝以后，為了判斷安裝這樣一個系統的成果，什么樣的診斷信息是有效的呢？

從現場總線設備樣機上得到的有效信息
我們調查了有些樣機，用來判斷現場診斷信息的有效性，并把他們與新型的可選監控方法進行比較。只是單純顯示現場總線電子器件的工作狀態的信息排除在外，因為傳統的4－20mA設備不需要這些信息。對于過程動態性能來說比較有用的主要操作信息在考慮之列。

現場設備1
一些信息與硬件錯誤有關，例如電子器件錯誤、存儲器錯誤或是機械失敗或是電源啟動失敗。在擴展的診斷信息中，例如板對板通訊失敗，通訊超時都被列出。有人可能會問：現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程可靠性方面更加有效嗎？
在擴展的類別中兩項比較有意義的診斷信息包括閥行程和閥轉換。這些診斷信息與設備的所需的服務直接相關。這些診斷信息可以被用來鑒別和預測與控制環性能有關的其他問題，例如與工廠其它控制環有關的協調和交互。
有兩個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，因為閥摩擦是控制環性能較差的主要原因，有時，會在整個過程裝置中影響其性能。