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總線技術(shù)——過程工廠的數(shù)字自動化
艾默生過程管理
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    數(shù)字革命的巨手,如同藤蔓一樣緊緊抓住了世界,并給這個世界帶來了難以計數(shù)的可能性:二十年前,在加工制造廠中,要實現(xiàn)這些被認是為不可能的事情。今天,以總線技術(shù)為平臺,新的煉油廠拔地而起,舊的工廠則獲得升級。 該文將對應用總線技術(shù)、構(gòu)建最佳數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)的方方面面進行深入探討。
 
    數(shù)字通信技術(shù)的產(chǎn)生,大大優(yōu)化了工廠的接線。您可以在同一個線路中安裝多臺設(shè)備,傳遞多個信號,這就能夠讓信號在同一個物理層中的傳輸速度更快。應用現(xiàn)場總線技術(shù),橋架、線槽、終端、輸入輸出卡、安全柵以及控制線路等數(shù)量都減少了。由于接線的減少,在圖紙設(shè)計、相關(guān)文件的編制等方面也更加方便了,而回路的檢查和調(diào)試速度則由于數(shù)字結(jié)構(gòu)帶來的自動化而大大加快。 總的來說,數(shù)字技術(shù)的應用可以使自動化項目的工程成本降低30%之多。 因為一個典型的工廠運作通常會持續(xù)15年或者更久,因此現(xiàn)場總線技術(shù)擁有的一項關(guān)鍵性優(yōu)勢是,它可以提供一個數(shù)字平臺,這個平臺對于今后技術(shù)和軟件的升級及變化具有極強的兼容性。

圖1:基于EDDL制造的手持式通信工具可用于野外工作。
 
      數(shù)字通信技術(shù)可以提高點到點信號傳遞的精確性和完整性,可以提供更廣泛的傳感器量程,可以避免量程的失配,并且可以獲得例如設(shè)備有效性、故障報警,以及詳細的診斷等遠程設(shè)備的信息,從而更快地解決故障。該技術(shù)還有一個特征,即可以進行設(shè)備固件的無擾在線升級,確保在升級過程中不會影響運行。 這些特性使工序變得簡單,使設(shè)備處于更好的工作狀態(tài),降低了造成停工的風險。正是由于這些特性,數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量,同時通過精確的、具有前攝性的維護計劃降低了過程的可變性及維護成本,從而使運行收益提高兩個百分點。

 
過程自動化中的總線技術(shù)
 
    過程控制、工廠自動化,以及機器人技術(shù)等等,為控制方面帶來了不同的挑戰(zhàn), 因此需要不同的總線技術(shù)。 在24種總線技術(shù)中, 過程自動化基本上會用到 三種協(xié)議:HART、基金會現(xiàn)場總線以及PROFIBUS-DP協(xié)議。 在應用HART 和基金會現(xiàn)場總線的現(xiàn)代工廠控制系統(tǒng)中,這幾種協(xié)議得到廣泛的支持,這些系統(tǒng)同時支持手操器的遠程使用。
 
基金會現(xiàn)場總線 H1
 
    在精煉廠和石化工廠的設(shè)備目錄上可能有數(shù)百甚至數(shù)千臺設(shè)備,由于每條電纜可連接6至8臺或更多的設(shè)備以求設(shè)備工作能力的最大化,因此布線將大大減少。
 
    基金會現(xiàn)場總線H1協(xié)議以其獨特的性能滿足控制方面的要求,是石化和精煉行業(yè)以及許多其它行業(yè)的不二之選。 在常規(guī)過程控制中,如PID和流量測量累計,要求輸入輸出的采樣過程有準確的周期, 并且同通信和控制同步。在這里避免混淆、避免延長反應時間、避免由于通訊繁忙帶來的不穩(wěn)定性是有必要的。 同樣地,對于非實時通信必須有信道隔離,以防止其產(chǎn)生對實時通信的干擾。H1協(xié)議還滿足以下總線方面的要求:從控制室到現(xiàn)場之間的遠距離工作;可以有長的分支以滿足拓撲的靈活性;支持用于設(shè)備配置和診斷的電子設(shè)備描述語言(EDDL);實現(xiàn)即插即可調(diào)試的自動尋址功能;總線供電;可在危險區(qū)域帶電作業(yè)的本安功能。
 
     基金會現(xiàn)場總線H1所獨有的IEC-6180402功能塊語言,可以用來制定控制策略。
 
協(xié)議名稱
基金會現(xiàn)場總線H1
距離
1.9 km或者使用中繼器可達9.5 km
每個網(wǎng)段的可掛接設(shè)備
32 (理論上), 8-16 (實際應用)
總線供電
本安
通訊速率
31.25 kbit/s
分支長度
max 120 m
每個總線上的設(shè)備
240 (理論上), 8-16 (實際)
通訊關(guān)系
周期性的發(fā)布訂閱,點到點的主從方式,報警發(fā)布
數(shù)據(jù)
循環(huán)的 IO與非循環(huán)的設(shè)備數(shù)據(jù)
EDDL 支持
自動分配地址
其他
根據(jù)模塊和參數(shù)組織數(shù)據(jù)
設(shè)備類型
溫度,壓力, 液位,流量, 密度,和電導計 and 濃度變送器
電導, pH/ORP, 電阻, 融氧, 和氧分析
機械健康監(jiān)控
閥門定位器, 電動執(zhí)行機構(gòu),離散開關(guān),開關(guān)閥
信號轉(zhuǎn)換器
 
    H1功能塊的執(zhí)行與通信功能的執(zhí)行是同步的,這樣死區(qū)時間就可以降到最低,并可達到更佳的控制效果。為了減少網(wǎng)絡(luò)通訊負荷,還可以選擇在現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)控制。新的快速數(shù)字現(xiàn)場設(shè)備執(zhí)行控制回路的時間可以達到250ms,甚至可以滿足最嚴格的過程技術(shù)要求,所以完全能夠獲得過程認證部門的許可。
HART協(xié)議
    在同一根雙線上面,HART協(xié)議采用數(shù)字通訊和4-20mA技術(shù)相結(jié)合的方式來連接單個設(shè)備,這種方式還可以用作純粹的多分支數(shù)字總線。
    HART協(xié)議支持的設(shè)備類型范圍幾乎跟基金會現(xiàn)場總線相同。 另外,HART還用于安全儀表系統(tǒng)的變送器和閥門定位器。
協(xié)議名稱
HART
距離
3 km
每個網(wǎng)段掛接設(shè)備
15 (可以), 1 (通常)
總線供電
本安
通訊速率
1.2 kbit/s
分支長度
N/A
每個總線掛接設(shè)備
15 (可以), 1 (通常)
通訊關(guān)系
主從輪詢
數(shù)據(jù)
通常僅有非周期數(shù)據(jù)
EDDL 支持
其他
基于命令
設(shè)備類型
 
溫度,壓力, 液位,流量, 密度,和電導計 和 濃度變送器電導, pH/ORP, 電阻, 融氧, 和氧分析
閥門定位器
 

                    圖2: 智能安全邏輯處理器與HART通訊


 

PROFIBUS-DP協(xié)議
    PROFIBUS-DP協(xié)議用于幾種不同的組態(tài),并采用RS485接口。請注意,離散式近接開關(guān)、線圈和其它簡單的開關(guān)設(shè)備并不使用PROFIBUS來連接。 然而,PROFIBUS上的遠程I/O子系統(tǒng)會通過傳統(tǒng)的線路來連接離散式的信號。
 
協(xié)議名稱
PROFIBUS-DP
距離
1.2 km at 93.75 bit/s or below, 100 m at 3 Mbit/s 或更高
每個網(wǎng)段掛接設(shè)備
32
總線供電
本安
通訊速率
9.6/19.2/45.45/93.75/187.5/500 kbit/s or 1.5/3/6/12 Mbit/s
分支長度
在1.5 Mbit/s速度分支最大 6.6 米或更短
Devices per bus
126 (理論上)
通訊關(guān)系
非計劃同步的主從方式數(shù)據(jù)輪詢
數(shù)據(jù)
周期性的 IO數(shù)據(jù)與非周期設(shè)備數(shù)據(jù)
EDDL 支持
自動分配地址
其他
由插槽和索引組織數(shù)據(jù)
設(shè)備類型
遠程 I/O,稱重儀, 馬達驅(qū)動,馬達啟動器, 電流斷路器,電動執(zhí)行機構(gòu)和,多孔電磁閥
 

狀 態(tài): 離線

公司簡介
產(chǎn)品目錄

公司名稱: 艾默生過程管理
聯(lián) 系 人: 銷售部
電  話: 021-28929000
傳  真: 86-21-28929001
地  址: 上海市浦東新區(qū)新金橋路1277號
郵  編: 201206
主  頁:
 
該廠商相關(guān)技術(shù)文摘:
提高工廠可靠性,減少災難性事件發(fā)生的風險,降低維護成本
泵的狀態(tài)監(jiān)測
EDDL: 釋放設(shè)備信息
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