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现场总线的基础--智能现场装置


现场总线的基础--智能现场装置
 
 
在IEC1158有关现场总线的定义中提到了现场装置。现场装置包括多类工业产品,它们是流量、压力、温度、振动、转速等或其它各种过程量的转换器或变送器;包括转角发送器和ON-OFF开关;还包括控制阀、执行器和电子马达等。另外也包括现场的简单PLC和远方单回路调节器。

这里应该说明的是,上述提到的各类工业产品,与在DCS系统中配套使用的,和上述产品同名称的现场装置,有着本质上的差别。例如:与DCS系统配套使用的,输出为4--20mA的压力变送器和在FCS系统中安装于现场的压力变送器有质的不同。

除了满足对所有现场装置的共性要求外,FCS系统中的现场装置还必须符合下列要求:第一,无论是那个公司生产的现场装置,它必须与它所处的现场总线控制系统具有统一的总线协议,或者是必须遵守相关的通信规约。所以有此要求,这是因为现场总线技术的关键就是自动控制装置与现场装

置之间的双向数字通信现场总线信号制。只有遵循统一的总线协议或通信规约,才能做到开放,完全互操作。第二,用于FCS系统的现场装置必须是多功能智能化的,这是因为现场总线的一大特点就是要增加现场一级的控制功能,大大简化系统集成,方便设计,利于维护。

数字通信是一种有力的工具,一个相互可操作的现场总线产生一种巨大的推动力量,加速了现场装置与控制室仪表的变革,现场装置智能化的趋势越来越明显。同时我们也看到,正是由于现场装置智能化的进展和完善,它已成为现场总线控制系统有力的硬件支撑,是现场总线控制系统的基础。

多功能智能化控制装置产品中,目前已开发有下列一些功能:

1、与自动控制装置之间的双向数字通信功能。这一点是必不可少的(前述)。

2、多变量输出,例如,一个变送器可以同时测量温度、压力与流量,可输出三个独立的信号,或称为“三合一”变送器。

3、多功能。智能化现场装置可以完成诸如信号线性化、工程单位转换、阀门特性补偿、流量补偿以及过程装置监视与诊断等功能。

4、信息差错检测功能。这些信息差错会使测量值不准确或阻止执行机构响应。在每次传送的数据帧中增加“状态”数据值就能达到检测差错的目的。状态可以指示数据是否正确或错误。它也能检测到接线回路中短路或开路情况。状态信息也能帮助技术人员缩短检找故障的时间。

5、提供诊断信息。它可以提供预防维修(PM:以时间间隔为基础)的信息,也可以提供预测维修(PDM:以设备状态为基础)的信息。例如,一台具有多变量输出的气动执行器,当阀门的过程超过一定的距离,如2Km(PDM),或腐蚀性介质流过阀门达一定数量,如200m3时(PDM),或运行的时间超过2年(PM),或阀门已经损坏时(PDM)。当上述4种情况中任一种情况或几种情况同时出现时,该智能执行器都可以将信息发送到控制室主机,主机接受到PM与PDM信息后,结合企业对主动维修(PAM:以故障根源分析为基础)的安排,合理采取对阀门的维护措施。通过对维修方式综合平衡地运用,改变和优化企业以往的设备故障处理机制,既由对现场装置的故障检修改变为合理的状态维修。

6、控制器功能。可以将PID控制模块植入变送器或执行器中,使智能现场装置具有控制器的功能,这样就使得系统的硬件组态更为灵活。由于控制可在主机(控制器)或智能现场装置中执行,一种较好的选择是将一些简单的控制功能放在智能现场装置之中,以减轻主机(控制器)的工作负担,而主机(控制器)将主要考虑多个回路的协调操作和优化控制功能。使得整个控制系统更为简化和完善。

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