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如何让老系统重现生机

如何让老系统重现生机

2008/2/26 15:34:00
大多数用户都有些4-20 mA、RS-232和RS-485串行或其他历史网络,他们很难被全部更新。这里告诉你如何让旧的网络,具有现今的新的功能。   想把老旧不堪的网络废除?再装上个崭新的网络现场总线,神清气爽一下?   好,找段小蜡笔,给圣诞老人写封信吧。   ……?   因为,也许这是工程师能让他手中的现有工业网络完全更新的唯一方法。   现实情况是,完全替换一个控制或自动化网络价格惊人,耗时费力,即使是替换一个过时的、老旧的系统。如果老的网络不是直接对系统运行具有威胁性,大多数工程经理不愿意随意改变已调试好的网络,以减少或避免停车时间。   然而,高级经理越来越期望,从他们的制造过程中得到更多的诊断数据,将网络与资产管理系统或资源计划系统相连接,这样可具有更强的竞争优势。同样,IT员工也有压力,需将网络与以太网和基于网络的系统相连接,以提高预测性和预防性维护,以及其他质量保证措施。    老系统仍然普遍   ARC的最近的一项研究表明,全球过程仪表的安装总量为4000万至4500万,其中48%是4-20 mA;26%是HART;13% 是气动;12%是专有系统;1%使用各种现场总线。   罗克韦尔自动化经理Tom Alford认为,一些用户没有采用PLC系统,而更多其他采用有Modbus或历史(legacy-based)系统,因而4-20 mA的系统仍然是相当普及的。这就意味着新的设备若要针对大多数的客户,仍然需要4-20 mA 输出选项。人们在网络上连年投资巨大,他们也许需要新的现场总线网络,但他们还要受投资回报计划和有限的资源的限制,使之在目前的经济条件下的项目中很难完全采用新的现场总线网络。因而,他们通常决定仍然继续使用老的网络系统,再多用个几年。   遗憾的是,老网络能所能提供的数据过于简单和笼统,已不能满足今天的需要。例如,一个4-20 mA的信号能表示出是否一个设备处于运行状态或表示一个整体水平的振动。但是,这种有限的模拟型号不具有足够的带宽,其动态特性也不足以表示振动的起因或指出原因所在。    从智能仪表开始   幸运地是,现在有很多方法可使传统的老网络重现活力。一个最为常用的方法是增强老系统的I/O设备,如通过安装智能传感器,更容易收集和传送上行数据。事实上,一些原HART网络用户正在研究,如何保证精确的数据通过现有的4-20 mA连线和智能设备。   同样地,PC-based和其他嵌入式或分布式方案也能通过历史设备和网络帮助收集、分析和分布模拟和串行数据。举例来说,NI的FieldPoint 2000采来的模拟信号,在通过其LabView软件的计算,以增强现有的数据和控制功能。NI自动化市场经理Don Holley认为,LabView的PID 算法在一个造纸厂的应用案例中,可实现抗干扰,选择PID收益,提高了水温调节,预防系统震荡。   Holley认为,在最初,用户必须问自己,是什么驱使他们改换原有的网络?是由于维护太多吗?是部分网络不支持还是某一部分不能用了?是应用需要优化,原有的系统却不能实现?还是只是因为用户希望的某些信息或性能原有的系统不能提供?   Holley认为,现场总线标准和其他协同工作性能程度不断增加,如OPC 基金会的OPC数据交换(OPC DX)方案,可帮助很好的衔接原有系统和新系统。OPC DX将允许协议,如Profibus和 DeviceNet之间进行通信。为进一步使网络简易化,OPC服务器包括了许多方案,如Woodhead Connectivity 的SST-DNP-104-2,一个两通道的 PC/104接口卡。    HART的苏醒   HART通信基金会的Ron Helson认为,因为预算不高的革新通常意味着尽可能地少去改变,而增强旧的网络性能上,HART可能是最有效的方法之一。因为它所需要的新设备最少。大约现有过程仪表的75%由智能仪表构成,而其中的75%具有HART接口。这意味着许多用户能采用智能现场设备的方式更新他们的网络,而且有些已经在使用,如装配、校准和维护。   Ron Helson认为,许多人不知道HART能进行实时通信,而且在得知不需要设备描述性语言时往往十分吃惊。你能十分轻松地在你的控制室中面对控制面板;在控制系统和现场设备之间将低成本的接口模块与现有的4-20 mA进行连线;模块将允许你通过HART现场设备通信,并能读取二级过程变量。像一级变量一样,这些变量同样依靠4-20 mA连线,并通过新的接口模块输出。Helson补充,这些二级变量能包括实际的阀的位置数据,并允许比对目标位置。    接口模块存取变量   两种近期推出的接口是Foxboro 的I/A系列现场总线模块和Moore 的HIM的智能HART回路接口和监控器。   Moore的HIM 智能HART回路接口和监控器允许控制多达三个来自于智能HART多变量流量、物位、压力和pH传变送器附加的模拟过程测量值。对于一个多变量质量流量变送器,可包括压力、压差、过程温度、流速、总流量和传感器温度。   HART数字数据在4-20 mA电流回路中,HIM分成三个4-20 mA信号,代表任何一个智能多变量变送器组合。这些变量能被用于模拟控制系统,如DCS 或PLC。   这些输出口也能进行设置报警,如果监控设备和/或HART监控器处于出错状态。可使用HART协议状态位表示一个智能传感器的冷启动;现场设备故障;或主要变量模拟输出固定、饱和或超调。   同样,Foxboro的I/A系列现场总线模块与其I/A系列控制过程器Control Processor 60,提供实时存取过程数据和状态,以及随机存取现场设备参数和诊断。每个模块通道提供一个4-20 mA的模拟信号和一个HART数字信号,用户能混合常用的4-20 mA现场设备和HART智能现场设备。   Helson补充,通过完全集成HART通信和工厂控制系统,就像Foxboro已经做的那样,具有HART设备的系统通信可在一个全时间的基础上进行检测和报警。    互操作性,元器件   Wago的技术经理Charlie Cook认为,其他访问和提高原有网络的比较经济的方法还包括综合现有元件。例如,Wago公司的RS-232 I/O模块能接入其可编程现场控制器(programmable field controller ,PFC),数据来多达64 个I/O模块和90个模块类型,并通过4-20 mA连线、Profibus 或Ethernet。用户也能通过在PFC的Modbus主机中植入IEC-61131程序支持历史网络,允许从RS-232模块和Modbus网络中得到数据,并转换成任何其他网络。   增强老的串行或4-20 mA网络,不仅仅通过于新技术连接完成,也可通过低成本和产品的易使用性实现。现在的市场可提供的微型PLC价格在200美元以下,包括内置的RS-422 and RS-485网络通信口,nano PLC价格在100美元以下,他们都支持工业标准Modbus RTU主/从能力,提供4-20 mA模拟I/O,每通道价格仅为20美元。   Ruland认为,微处理器、RAM和ROM技术的进步,以及有效的表面固定制造技术,为小用户提供很大的利润空间,允许他们的基本网络设计,在比较紧的成本控制下实现。   同样,基于PLC的网络能增加以太网模块,如Lantronix的UDS 100服务器。Lantronix的产品市场经理Paul Wacker认为,这不仅可以帮助用户避免昂贵的网络更换,也可以允许他们在工业网络的任何地方实现局域的串行口功能。   此外,为帮助高端现场总线协议介入历史系统,Rockwell也推出了其Entek XM系列状态监控方案。采用已有的网络设备进行工厂级的连接,XM模块能连接DeviceNet、ControlNet和 Ethernet/IP 协议,以及4-20 mA 输出。因为Modbus是相当普遍的历史网络,Rockwell正开发Modbus与XM之间的接口。Rockwell的Alford认为,XM允许用户观测机械系统中振动的改变。这些数据能用以建立趋势,以降低不必要的预防性维护和停机时间。
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