现场总线电源板载物理层诊断功能

　　挑战
　　我们的第二家工厂具有很多Class I Div. 1和Class I Div. 2危险区域，而且不仅仅是爆炸性危险区域，还具有强烈的腐蚀性。通常本质安全FISCO（现场总线本质安全概念）段由于具有一定数量的信号损耗，所以仅允许最多4台设备连接在较短的段内。我们希望所安装的基金会现场总线系统能够工作于严酷的条件下和爆炸性危险环境中，并且具有最高的本质安全段容量。我们还希望我们的员工可以在现场对仪表进行操作。
　　FISCO在临界值周围提供了常规的本质安全解决方案。它允许危险区域内更高的电压和电流--12.8 V和115 mA。干线长度和支线长度分别是1000m和30m，它可以确保安全性，无需进行系统认证，FISCO不要求在现场接线盒中将带电部件和非带电部件隔离。
　　我一直在犹豫是否将这种对电压有严格要求的现场总线技术应用在工厂中，原因之一就是系统刚投运时是很清洁的，但是我们的工作环境具有强腐蚀性，触点会变脏，接线盒开始老化。时间一久，铁锈和腐蚀就会对通讯产生影响，导致网络不稳定。这些问题还会带来额外的电阻，进而导致更高的电压降。随机和间歇性的通讯故障是很难发现并消除的。通常只有在工厂停机之后才能发现，而我们希望能够在停机之前就发现这些问题。而且，我不确定12.8V是否足以补偿腐蚀所导致的更多的电压降，因为现场总线设备工作电压最低为9V。
　　可能的解决方案
　　为了寻求最佳的解决方案，以应对我们所面临的挑战，我们参加了北卡罗来纳州Charlotte市Robert E. Mason举办的研讨会，会上我们看到了关于高级诊断模块（ADM）的介绍。Pepperl+Fuchs公司声称其ADM不仅能够节省投建和试运行的时间，还可以检测到现场总线段上的问题情况和故障。安装过程中的任何变动都可以在其对工厂性能造成致命影响之前被检测到，例如那些由腐蚀带来的影响，或者由于操作人员的忽视所导致的问题。
　　ADM是Pepperl+Fuchs公司Field- Connex产品线的一员，用于现场总线通讯。FieldConnex允许为你的项目设计专用的现场总线拓扑结构。现场总线负责传输数据，而FieldConnex提供基础设施：电源、安装设备和附件。高功率干线概念（HPT）与FieldBarrier结合，带来了实现本质安全现场总线段的新方法。FieldConnex电源集线器中集成的ADM可以持续监控整个安装过程。
　　高功率干线
　　HPT并非将现场总线干线上的能量限制在本质安全或者无火花的要求之下，而是限制到每一台仪表的支线连接的能量。FISCO与HPT概念结合，干线上的能量由115mA提升到500mA，这种提升确保了现场仪表和设备安装上的一致性，不用考虑危险区域分级。FieldBarrier在现场完成能量限制的任务，而不是在控制室中完成，因此能量更有效率的按需分配至相应的仪表。基于以上原因，段保护设备的安装对于危险区域和非危险区域应用很类似。HPT对一致性、电缆连接和资金节省都有帮助。
　　HPT的另一好处是允许用户使用冗余模块标准化功率调节系统，使其能够应用于工厂的所有区域。使用30 V / 500 mA的电源可以获得最长的电缆长度和最大的负载能力，无需使用中继器。
　　FieldBarriers
　　FieldBarriers是HPT的核心。它们安装于现场设备附近，提供防爆所要求的短路保护和限能措施。它们能够确保即使在支线发生故障状态的时候现场总线段仍旧能够持续工作。HPT分别考虑每一个支线连接，扩展了FISCO验证手段。FieldBarrier在干线上环接，现场设备可以带电操作。它们可以用于FISCO、FNICO、危险区域和非危险区域通用安装场合。

带有FISCO支线连接的FieldBarrier[page]

　　安装
　　在以前的工厂系统中安装设备时，我们使用标准的方法：将干线电缆分开，然后进行电阻和电容检查，一旦发现问题，技术人员深入现场，查明问题来自于干线系统、支线电缆还是仪表。在设备搭建时候的查错过程是很耗时的。然而，一旦我们将系统搭建完成并且试运行之后，它就可以正常工作了。基金会现场总线的仪表安装无需技术人员深入现场完成校准核查、在变送器中设置比例因子、确认4-20mA信号回传。设备搭建十分快速，仅仅使用一天时间，我们就完成了40台设备的安装和试运行。
　　在我们第二家工厂的设备安装项目中，我们被告知无需亲力亲为。不出意料，有了高级诊断功能，我们可以在连接设备之前对网络进行扫描诊断。设备安装之后，我们再一次对网络进行扫描，比较噪声等级、功率分布和网络健康状况。
　　但是我对此并非深信不疑。我认定安装经验对于通讯质量至关重要。所以，为了将系统完美安装，我们谨小慎微。我们首先安装了4个段，然后进行了彻底的初装检查：检查了所有的模块和终端、进行电阻和电容检查、进行手动示波器扫描、时候手持配置器检查每一台设备。然后我们使用ADM验证所有的信息--结果是完美匹配。
　　高级诊断监视器
　　事实上，ADM在一个模块上发现了一个问题，而我们的手持通讯器并未发现。它被跨接了，但是并不会导致基金会现场总线无法工作。我们的系统仍旧可以工作，所以我们得不到任何通讯错误，而实际上网络是并不安全的。ADM发现了这个问题，在一个模块上，我们忘记了去除终端电阻。我对于高级诊断功能的信心逐渐建立起来。
　　我们要搭建的下一个系统具有8个段。这次，我们干线电缆上的所有终端器件都正确连接。在我们确定段安装没问题之后，我使用高级诊断监视器来试运行所有8个段。仅仅用了20分钟就发现了现场人员的2个失误：其中一个是他们忘记打开现场的终端器件，另一个是极性反接。10分钟之后，问题被改正，段重新工作，完全健康。
　　在那之后，我们将40台仪表连接在段上，仅仅使用诊断系统进行验证，全部正确。事实上，即使我们最长的线路--1500英尺的线路--也没有任何问题，其快捷和简易程度就和在控制机柜中连接5英尺长的网络一样。
　　现在，我们工厂中有6个不同区域已经安装了使用High-Power Trunk概念的基金会现场总线。我们不再使用手持式设备，也不再将示波器带去现场。一旦系统安装完毕，我们进行远程扫描，然后就可以运行了。我对ADM充满了信心。

Eastman化工厂中采用的高级诊断功能。

　　更多功能
　　诊断系统还带有试运行向导、警报和数据日志以及能够彻底显示现场总线信号细节的内置示波器。一旦所有的仪表连接在网络之上，我就可以使用软件为指定段上的每一个节点地址手动输入标签名称。在查错时，很容易分辨哪一台仪表发生问题，根本无需深入现场。试运行向导使用方便、操作直观。
　　诊断功能很可靠，它测试设备信号等级、终端是否合适以及电缆连续性。它提供基线报表和复杂的系统备案。此基线报表进一步与实际数据进行比较，判断是否存在问题。它能明确告诉我问题是什么、指示可能的原因然后提供可能的解决方案。最令人满意的是，根本无需深入现场诊断故障。
　　物理层诊断模块快速扑捉所有数值，并将其存储长达2年之久，用于进行长期的趋势分析。由于它能够对于控制室相联的数字现场总线通讯创建可视化视图，所以它真可谓通讯的"第三只眼"--在问题发生之前提醒你。因此，我们的阀有问题，而制造商试图告诉我这是因为我的网络不健康，我给他们看了软件界面--他再也不跟我提网络健康了。
　　此系统的另一个优秀功能是远程软件。当我对段进行试运行时，我可以舒服地在办公室远程操作。我不用去现场使用笔记本电脑操作，我可以远程监视网络--即时在家里也一样。
　　对于我们所有供应商的现场总线产品，我们从未遇到过兼容性问题。我们使用了Endress+Hauser公司、Emerson Rosemount公司、Yokogawa公司Fieldview公司和Smar公司的产品，它们都是即插即用的。
　　使用高级诊断功能所节省的时间是巨大的。实际上检查系统跳线开关和接线盒的时间远超系统试运行的时间，最初4个段系统的物理层遍历和试运行花了一天半时间；随后的8个段系统，物理层编辑花费60分钟，试运行仅仅花费了20分钟。我们对于网络的信赖等级也极大地提升，只要ADM认为系统没问题，我们就认为它没问题。
　　从基于事件的维护到预先维护
　　高级诊断功能使我从基于事件的维护进化为预先维护。一旦你有一家1周7天1天24小时运作的化工厂，而化工厂中的任何故障都会导致停产时，你就势必要选择一套可以依赖的通讯系统：具有更高的功率容量、更高的信号质量、一致性和效率。ADM无一不精。