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真正冗余的現場總線系統

作者: 時間:2013-01-18 來源:網絡 收藏
  很久以前,供應商就已經可以提供的H1現場總線接口以及的現場總線電源了。至于現場儀表本身,可以根據需要采用3選2的表決機制來實現功能。但是現場總線網段依然是十分脆弱的,在現場總線網段電纜被切斷的情況下,整個網段都會失效。現在Hawke公司的 TrunkGuard系統可以在不改變現有設計結構的情況下為現場設備的自動冗余通訊提供一個新的解決方法。
  現場總線網段設計的實施
  連接FF H1作為環形電纜已經被證明會產生通訊錯誤。在已安裝電纜之間自動切換的方法成本極高,而且非常復雜,并且依然會由于單點故障而導致整個網段的失效。
  Hawke公司的TrunkGuard系統僅僅要求把網段連接成倒“U”形就可以實現安全的現場總線網段。“U”形網段回路的開口一端將處于后臺,被連接到標準的H1接口、現場總線電源以及總線終端器上。
常規操作

電纜網段斷裂后恢復


  圖1和圖2顯示了一個冗余現場總線網段的應用實例。Hawke公司的傳統現場總線電源FPS200連接到標準H1接口,現場總線網段的兩端都連接了終端器。在現場,標準現場總線設備連接到Hawke公司的真正冗余的Mike O’NeillSECURE TrunkGuard單元上,它可以根據要求提供現場總線分支短路保護功能。S E C U R ETrunkGuard單元有4通道、8通道、10通道3種規格可以根據需要選用,它通常與配套的防護等級為IP67的現場保護箱和相應的電纜密封接頭一起成套提供。這樣現場總線網段就具有正常的電源供應和符合要求的終端器,可以通過主H1接口同所有現場設備進行通訊了。
  當總線電纜斷裂時
  當總線電纜斷裂時,距離斷點最近的SECURE TrunkGuard單元會發現:與下游設備的通訊聯絡中斷了,與此同時自動終端器電路會立刻起作用,為斷開的現場總線網段提供符合規范要求的100Ω/1μF終端器。這樣斷裂網段的兩個部分都變成了完整的功能正常的現場總線網段,每個部分都有正常的現場總線電源和終端器,都連接到正常的現場總線H1接口單元。DCS對過程數據的獲取和監視不會有任何的中斷。
  當然DCS必須有相應的軟件來及時發現和識別現場網段斷點,以便馬上修復。因為斷裂后形成的兩個網段對于單點故障都是脆弱的,就像傳統的網段一樣。有一個辦法可以解決這個問題,就是在正常運行時對每個H1接口和現場設備之間的通訊都作鏡像,當H1接口和任何現場設備之間的通訊發生故障時,H1接口就產生出錯標志,負責設備數據管理的處理器將會檢測到出錯標志。如果處理器只是從一個H1接口收到出錯標志,而不是從兩個H1接口都收到出錯標志,這就說明現場已經發生了潛在的斷線故障。如果處理器從兩個H1接口都收到了出錯標志,這說明是現場設備本身出了故障。目前Yokogawa公司正在改造系統以便支持這種冗余解決方案。
  對現場防爆認證的影響
  采用“U”形網段的后果之一是:應用于爆炸危險區域的本質安全技術無法使用了。本質安全防爆認證對輸送到現場去的能量大小有明確的限制,在電纜斷裂之前,由于有兩個現場總線電源為每個網段供電,因此兩個電源的電流總和必須低于本質安全認證規定的能量限制。當網段電纜斷裂以后,因為只有一個電源為每個網段供電了,這時網段的電流將會嚴重不足,使每個網段實際上只能支持大概兩三臺現場總線儀表。

  人們在1970年代開發和應用本質安全防爆技術的原因是:本質安全防爆技術可以使安裝在爆炸危險區域的現場設備在不斷電的情況下進行檢修、維護。由于技術的發展,現代已經結合了自診斷技術、數字通訊技術和高可靠性電子電路等先進技術。現在可以通過手提電腦對現場設備進行遠程維護。如果需要,甚至可以從另外一個大洲對現場設備進行維護,因此現在已經不再需要進行帶電現場維護了。很多公司都會歡迎用相對簡單的無火花防爆技術或是隔爆型防爆技術來替代昂貴復雜的本質安全防爆技術。



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