現(xiàn)場總線設(shè)備采用了與傳統(tǒng)儀器相同的防爆技術(shù),而且它與電源之間的相互作用也需要引起重視。
無論是安裝新設(shè)備還是進(jìn)行系統(tǒng)改造更新,現(xiàn)場總線技術(shù)正成為儀器儀表系統(tǒng)的選擇對象。就像多年前電子儀器的4 - 20mA的輸出替代了氣動的3-15 psi儀器一樣,數(shù)字多點通信網(wǎng)絡(luò)將替代點對點的連接和模擬輸入輸出卡,連接在網(wǎng)段(segment)中的現(xiàn)場總線設(shè)備也將替代傳統(tǒng)的過程傳輸和控制閥的回路。
我們的討論集中在過程控制設(shè)備使用FF總線或者是Profibus-PA技術(shù)上。這兩種現(xiàn)場總線有相同的物理層規(guī)范,因而具有相同的防爆特性。
當(dāng)總線應(yīng)用在的危險環(huán)境過程中,連接在一起的設(shè)備的數(shù)量使總線不同于傳統(tǒng)的電子儀器接線。現(xiàn)場總線設(shè)備采用了與傳統(tǒng)儀器相同的防爆技術(shù),但它與電源之間存在相互作用,而且網(wǎng)段的總?cè)萘繒芡ㄐ偶夹g(shù)的影響。
防爆系統(tǒng)
Exd儀器一直以來被認(rèn)為是zui容易理解的,簡單地說,取一個堅固的大盒子,它能經(jīng)受得住內(nèi)部燃燒而不會引燃外部的氣霧,那么無論你放什么東西進(jìn)去都可以稱為"防爆"。
既然大多數(shù)現(xiàn)場總線設(shè)備目前都普遍以過程傳感器為基礎(chǔ),輸出為4 - 20mA,采用防爆外殼,大多數(shù)儀器的現(xiàn)場總線的不同之處只是內(nèi)部的一個新的電路板。
一些具有遠(yuǎn)見的公司的產(chǎn)品外殼符合通用的安限制,如內(nèi)部容量、功耗等。如果設(shè)備的新電路板的設(shè)計是在外殼的限制要求之內(nèi),改為現(xiàn)場總線方式就不會太困難。然而,一些認(rèn)證機(jī)構(gòu)可能會有內(nèi)部設(shè)計的個體差異,這會延遲但不會妨礙整體的認(rèn)證過程。作為一項技術(shù),儀器儀表的防爆技術(shù)并非只受歐洲大陸的偏愛,而且防爆總線設(shè)備出現(xiàn)在FF中的概率要大于Profibus-PA中。
將防爆設(shè)備連接在一個多點通信網(wǎng)絡(luò)中也會產(chǎn)生一些問題,主要是在使用防爆接線盒時。隨著現(xiàn)在總線技術(shù)的發(fā)展,平均每部分網(wǎng)段使用8到12臺設(shè)備,但設(shè)備維護(hù)(增加、斷開等)不能在防爆系統(tǒng)中帶電進(jìn)行,這樣可降低每部分網(wǎng)段中防爆設(shè)備的數(shù)量。
例如,在現(xiàn)場打開防爆外殼也不是件容易的事情:一般來說,所有網(wǎng)段需要斷開,或者需要2個工作人員(一個拿氣體探測器,另一個用扳手)進(jìn)行現(xiàn)場維修。雖然Exde 插座式連接頭(plug/socket)能有效地允許獨立的分支斷開,無須斷開整個網(wǎng)段,但在排除故障設(shè)備時也是問題重重。
本安現(xiàn)場總線
過程儀器一般都采用低電壓,而且本質(zhì)安(火花能量和熱散被限制)是過程測量和控制系統(tǒng)的理想方案,控制系統(tǒng)中為保護(hù)擴(kuò)大的電纜網(wǎng)絡(luò)和維護(hù)常規(guī)終端接入的成本會非常高。
然而多點的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的重點是使用了本安技術(shù),通過一個本安接口,驅(qū)動一個單獨的4 - 20mA儀器存在困難;以相同的獨立電源來驅(qū)動8或12個驅(qū)動器的要求,對于常規(guī)的技術(shù)來說太多了。交替使用電壓和電流,達(dá)到一個平衡,普通的安柵在IIC中允許大約80mA,這等同于4個驅(qū)動器(假設(shè)每個為20mA)。
FISCO
現(xiàn)場總線本質(zhì)安概念(Fieldbus Intrinsically Safe Concept,FISCO)被認(rèn)為是關(guān)于普通本質(zhì)安限制的方法,通過增加允許的符合本質(zhì)安設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的電流界線 ,通過典型系統(tǒng)組態(tài)的爆炸測試驗證安性能。這部分的所有元件必須得到FISCO認(rèn)證,這要求對許多供應(yīng)商的現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行重新驗證。FISCO提出網(wǎng)段容量需要增家(IIC 中110 mA要優(yōu)于80mA,IIB則為240 mA),但也帶來一些不利的運行限制(網(wǎng)段長度zui大為1000 m,分支zui大為30m,連線必須為FISCO規(guī)格接線,設(shè)備也必須符合FISCO規(guī)范)。
向FISCO靠近的一個重要步驟是電纜和設(shè)備參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化,這意味著大量的昂貴和耗時的實體參量(Entity Parameter)記錄(log)和分析不再需要。許多傳統(tǒng)的模擬設(shè)備的本安用戶會陷入實體參量分析中,因為普通的設(shè)備有許多現(xiàn)場儀表類型;每個回路各種不同的電纜長度和許多不同的本質(zhì)安柵都需要獨立的評估和文件。在任何危險區(qū)域系統(tǒng)中,實體參量分析的工程時間消耗成本可能是本安沒有成為*選擇的原因。
設(shè)備接頭(Device Coupler)在現(xiàn)場總線中是一個非常有用的部分,它主要是一個智能包,包括所有接線附件,可進(jìn)行快速安裝,并且易于運行。也可以用傳統(tǒng)的接線盒,但是卻很少采用:現(xiàn)場總線的連接使所有設(shè)備在一部分中連在一起,傳統(tǒng)連線技術(shù)使盒子內(nèi)部像個老鼠洞一樣雜亂無章。而且,現(xiàn)場總線網(wǎng)段需要合并各種形式的獨立的分支性的短回路保護(hù),這樣單獨的故障就不會影響整個網(wǎng)段,網(wǎng)段也需要有一個適合的終端。
非易燃性
它在概念上類似于本質(zhì)安,但沒有涉及內(nèi)部故障,非易燃性(non-incendive)儀器的被技術(shù)人員接受的程度并不高。Exn只允許應(yīng)用于2區(qū)中,但經(jīng)常被Exi替代,如果一個工廠中的儀器位于0區(qū)和1區(qū)范圍,本質(zhì)安是的技術(shù)。所有的本安接口制造商認(rèn)為Exn有些多余,其實并非明智的選擇,本安毫無疑問是較好的方案。Exn設(shè)備成本節(jié)約的主要原因是因為不需第三方認(rèn)證,但是大多數(shù)zui終用戶拒絕接受供應(yīng)商的自認(rèn)證,因而它的成本與本安相當(dāng),在*也就有所限制。
對于Exn來說,現(xiàn)場總線也許是必要的經(jīng)濟(jì)型驅(qū)動器。本安接口公司在推出采用傳統(tǒng)技術(shù)的本安現(xiàn)場總線時,市場反響不佳,現(xiàn)在他們已經(jīng)掉轉(zhuǎn)方向,步入Exn陣營,MTL也得到不斷發(fā)展,現(xiàn)在正推動FNICO(現(xiàn)場總線非易燃性概念)或2區(qū)FISCO的發(fā)展。
當(dāng)然,還幾乎沒有Exn現(xiàn)場儀表,MTL建議FNICO應(yīng)允許FISCO設(shè)備的接入,當(dāng)集成FISCO電纜和FISCO應(yīng)用規(guī)則時,有允許帶電工作的可能性。FNICO在性能上與FISCO相似,限制能量的方式也相同。FNICO在節(jié)約成本方面可謂是的本質(zhì)安的選擇,它主要的特點是防爆界限的模糊性,但這將在工廠的1區(qū)和2區(qū)的設(shè)備中產(chǎn)生一些問題。
在危險區(qū)域的現(xiàn)場總由連接裝置支撐,這些裝置適用于所有形式的總線設(shè)備。問題區(qū)域如1區(qū)中的Exd設(shè)備的維護(hù)過程,以及區(qū)和氣體組(Gas Group)中本安設(shè)備的網(wǎng)段容量等問題能進(jìn)行很好的解決,無論危險是否,都不需在任何過程測量和控制中采用現(xiàn)場總線安柵。