现场总线以外的现场总线诊断

概述
数字现场总线技术经常在高级诊断的基础上得到证实。此文研究和展示了另外一种取得诊断的技术。即使在传统的类似系统中，这项可供选择的技术也是有效的，而且不用替代原有的现场设备。这项可选的方法已经在现场得到证明，并且只占用现场总线花费的很小一部分，而且还有很多用于现场总线之外的性能。
现场总线的诊断技术于这种可选的新技术将在以下几点进行比较：
● 现场设备的电子性能诊断
● 在线震动检测
● 控制器输出噪音带
● 输出标准偏离
● 极限时刻输出响应时间
● 固有震荡频率
● 循环震荡的时间
● 由于电子管静态阻力产生的震荡百分比

在现场总线可选的诊断方法中，有两点是非常重要的：
1 OPC连通性
2 监控软件的执行性能
因为可选方案从OPC收集信息，所以支持的DCS和PLC无需任何附加接线或是现场硬件。这包括使用4－20mA信号、现场总线、Profibus和 HART。这种现场总线诊断方案的另外一个优点就是所有的诊断都是在正常操作下进行，而无需其它特殊诊断，只从日常的操作数据进行就可以了。这个性能监控软件无需特别的测试或是手持探测器，所有的工作进程都是在自动状态下进行。

背景
在过去的15到20年中，已经出现了许多种方法来产生现场总线技术。这些系统设计的目的有兼容性、可以在危险的环境下供电或是布线需要等等。从用户的角度来看，潜在的受益可能包括现场控制，减少布线费用、加强现场设备的诊断功能等主要方面。
新的设备与已经存在的设备相比，利用这种新型的可选诊断方法，会有更加明显的效果。本文将会对现有设备的现场设备诊断方法和新的诊断方法在性能和效果方面进行比较。新的方法进行现场诊断时，考虑到整个控制回路，例如控制器、电子管和传感器。新方法使用已经存在的结构包括4－20mA的模拟设备来增强诊断功能。新的方法基于过去几年涌现出来的一组制造业的智能软件，包括检测电子期间、传感器和控制器问题的一些新的算法。这个执行监控软件使用了OPC和OPCHDA，一个标准的通讯系统。允许执行监测系统来从诊断计算器上使用的各种资源上获得实时信息。

安装数字现场设备的要求
要理解一个基于总线的设备，用户必需明确以下几点：
● 变送器替换
● 定位器的升级
● 布线
● A/D转换器更新
● 过程中停工时间
● 软件安装
● 培训

以上几点都有在下文都有叙述。
用变送器替代数字现场总线
使用数字现场总线，对于每一个控制环来说，用户必须安装一个新的变送器或是至少为现场传感器安装一个新的最高工作站。仪器花费将会从500美元到3000美元。
数字现场设备的定位器的更新
对于现场总线来说，控制阀定位器必须被数字阀定位器取代。定价为每个定位器从300美元到1500美元。
为数字现场设备布线
为数字现场设备的新的布线必须从控制室开始重新安装。因为采用数字协议，布线必须包括阀和变送器。如果工程计算显示可以处理负载，就有可能重新使用已经存在的电缆和布线方式。
数字现场设备的A/D转换更新
一旦新的布线到位，新的电子模块就必须取代就有的A/D转换器，这将会使数字现场信号对于控制系统是有效的。在有些案例中，如果在系统中使用相同的数字协议，就必须使用这个设备了。

现场总线的进程中止
为了安装以上的数字现场总线设备，有时就必须停止进程，同时，一些关键的传感器和阀就会被切入到新的系统。
数字现场总线软件安装
下一步就是安装新的软件了，用来管理数字现场设备，从现场设备处申请诊断。
数字现场设备的培训
最后，针对新的设备上所安装的新的服务进程和新软件的使用对工厂人员进行必要的培训是非常必要的。
新的现场设备的费用保守估计每个周期大约2000美元到3000美元。
来达到以上要求的所需要的人力和开支在本文中并没有被完全量化，因为许多不确定性因素将会影响最后的开支，但是可以假定这将是人力、开支和潜在减产问题的主要保证。当基于现场的系统安装以后，为了判断安装这样一个系统的成果，什么样的诊断信息是有效的呢？

从现场总线设备样机上得到的有效信息
我们调查了有些样机，用来判断现场诊断信息的有效性，并把他们与新型的可选监控方法进行比较。只是单纯显示现场总线电子器件的工作状态的信息排除在外，因为传统的4－20mA设备不需要这些信息。对于过程动态性能来说比较有用的主要操作信息在考虑之列。

现场设备1
一些信息与硬件错误有关，例如电子器件错误、存储器错误或是机械失败或是电源启动失败。在扩展的诊断信息中，例如板对板通讯失败，通讯超时都被列出。有人可能会问：现在的许多诊断在诊断电子器件方面要比直接与操作过程和进程可靠性方面更加有效吗？
在扩展的类别中两项比较有意义的诊断信息包括阀行程和阀转换。这些诊断信息与设备的所需的服务直接相关。这些诊断信息可以被用来鉴别和预测与控制环性能有关的其他问题，例如与工厂其它控制环有关的协调和交互。
有两个附加的诊断信息是格外显著的，它们是摩擦力警告和行程背离警告。这种摩擦力警告是非常有用的，因为阀摩擦是控制环性能较差的主要原因，有时，会在整个过程装置中影响其性能。