現場總線的基礎--智能現場裝置
在IEC1158有關現場總線的定義中提到了現場裝置。現場裝置包括多類工業產品,它們是流量、壓力、溫度、振動、轉速等或其它各種過程量的轉換器或變送器;包括轉角發送器和ON-OFF開關;還包括控制閥、執行器和電子馬達等。另外也包括現場的簡單PLC和遠方單回路調節器。
這里應該說明的是,上述提到的各類工業產品,與在DCS系統中配套使用的,和上述產品同名稱的現場裝置,有著本質上的差別。例如:與DCS系統配套使用的,輸出為4--20mA的壓力變送器和在FCS系統中安裝于現場的壓力變送器有質的不同。
除了滿足對所有現場裝置的共性要求外,FCS系統中的現場裝置還必須符合下列要求:第一,無論是那個公司生產的現場裝置,它必須與它所處的現場總線控制系統具有統一的總線協議,或者是必須遵守相關的通信規約。所以有此要求,這是因為現場總線技術的關鍵就是自動控制裝置與現場裝
置之間的雙向數字通信現場總線信號制。只有遵循統一的總線協議或通信規約,才能做到開放,完全互操作。第二,用于FCS系統的現場裝置必須是多功能智能化的,這是因為現場總線的一大特點就是要增加現場一級的控制功能,大大簡化系統集成,方便設計,利于維護。
數字通信是一種有力的工具,一個相互可操作的現場總線產生一種巨大的推動力量,加速了現場裝置與控制室儀表的變革,現場裝置智能化的趨勢越來越明顯。同時我們也看到,正是由于現場裝置智能化的進展和完善,它已成為現場總線控制系統有力的硬件支撐,是現場總線控制系統的基礎。
多功能智能化控制裝置產品中,目前已開發有下列一些功能:
1、與自動控制裝置之間的雙向數字通信功能。這一點是必不可少的(前述)。
2、多變量輸出,例如,一個變送器可以同時測量溫度、壓力與流量,可輸出三個獨立的信號,或稱為“三合一”變送器。
3、多功能。智能化現場裝置可以完成諸如信號線性化、工程單位轉換、閥門特性補償、流量補償以及過程裝置監視與診斷等功能。
4、信息差錯檢測功能。這些信息差錯會使測量值不準確或阻止執行機構響應。在每次傳送的數據幀中增加“狀態”數據值就能達到檢測差錯的目的。狀態可以指示數據是否正確或錯誤。它也能檢測到接線回路中短路或開路情況。狀態信息也能幫助技術人員縮短檢找故障的時間。
5、提供診斷信息。它可以提供預防維修(PM:以時間間隔為基礎)的信息,也可以提供預測維修(PDM:以設備狀態為基礎)的信息。例如,一臺具有多變量輸出的氣動執行器,當閥門的過程超過一定的距離,如2Km(PDM),或腐蝕性介質流過閥門達一定數量,如200m3時(PDM),或運行的時間超過2年(PM),或閥門已經損壞時(PDM)。當上述4種情況中任一種情況或幾種情況同時出現時,該智能執行器都可以將信息發送到控制室主機,主機接受到PM與PDM信息后,結合企業對主動維修(PAM:以故障根源分析為基礎)的安排,合理采取對閥門的維護措施。通過對維修方式綜合平衡地運用,改變和優化企業以往的設備故障處理機制,既由對現場裝置的故障檢修改變為合理的狀態維修。
6、控制器功能。可以將PID控制模塊植入變送器或執行器中,使智能現場裝置具有控制器的功能,這樣就使得系統的硬件組態更為靈活。由于控制可在主機(控制器)或智能現場裝置中執行,一種較好的選擇是將一些簡單的控制功能放在智能現場裝置之中,以減輕主機(控制器)的工作負擔,而主機(控制器)將主要考慮多個回路的協調操作和優化控制功能。使得整個控制系統更為簡化和完善。