扩大老兵网络

关键字 网络和通信 设备级网络 现场总线 以太网

把那个老旧的网络拆掉，装上一个全新的，漂亮的现场总线不是很好吗?好吧，找一支蜡笔，给圣诞老人写封信，因为这可能是许多工程师获得批准取代现有工业网络的唯一方法。

当然，这是真的，因为完全更换控制或自动化网络是非常昂贵和耗时的，除非是最古老的、坏的或过时的情况。而且，如果关键的操作没有受到直接威胁，大多数工程经理都不愿意打乱那些可以忍受很少或没有停机时间的精心调整的网络。

与此同时，高层管理人员越来越渴望从他们的制造过程中提取更多的诊断数据，并将网络与资产管理和资源规划系统联系起来，以提供竞争优势。同样，IT人员也面临着将网络连接到以太网和基于web的系统的压力，这些系统有望改善主动和预测性维护以及其他质量保证工作。

Moore Industries的HIM智能HART环路接口和监视器将HART数字数据转换为4-20 mA信号，可用于dcs或基于plc的控制系统。

旧网络无处不在

ARC咨询集团(Dedham, MA)最近对全球过程仪表安装基础的研究发现，有4000万至4500万台设备，其中48%是基于4-20 MA;26%基于公路可寻址远程传感器(HART);13%是气动的;12%是专有的;1%使用各种类型的现场总线。

一些用户没有plc，而许多其他用户有Modbus或基于传统的系统，因此4- 20ma仍然是最受欢迎的输出之一。罗克韦尔自动化公司(Rockwell Automation Inc.)状态监测能力经理汤姆•阿尔福德(Tom Alford)说，这意味着针对最大可能受众的新设备仍需要4- 20ma的选项。“多年来，人们对网络进行了大量投资，虽然他们可能想要采用新的基于现场总线的网络，但他们被迫遵守激进的投资回报时间表和有限的资源，这使得在当前的经济条件下很难承担这种规模的项目。所以，他们通常会决定在原来的关系网里再呆几年。”

不幸的是，老网络的问题在于，它们提供的少量数据对于今天的需求来说通常过于简单和抽象。例如，一个4-20 mA的信号可以显示一个设备是打开还是关闭，或者表明一个整体的振动水平。然而，这种有限的模拟信号没有足够的带宽，也没有足够的动态来指示振动的原因或指出它发生的原因。

Petroleos de venezuela, S.A. (PDVSA)运营的油库最近在其Allen-Bradley 1771 PLC处理器上安装了ProSoft Technology (Baskersfield, CA) 3100-MCM单次Modbus接口模块，以协助Limitorque (Lynchburg, VA)阀门的减压软启动器，并改善其油箱测量系统，Limitorque的电动执行器，双线控制系统和电机保护继电器之间的通信。

从智能设备开始

幸运的是，即使是传统的社交网络，也有几种方法可以让它变得更漂亮。其中最流行的一种方法是增强旧网络的I/O设备，例如，通过安装能够收集和更容易地向上游广播数据的智能发射机。事实上，一些传统HART网络的用户正在学习，他们可以通过现有的4- 20ma布线和智能设备来保护复杂的数据。

同样，基于pc和其他嵌入式或分布式解决方案也可以帮助收集、分析和分发来自传统设备和网络的模拟和串行数据。例如，美国国家仪器公司(NI, Austin, TX)的FieldPoint 2000引入模拟信号，并使用其LabView软件的计算来增强现有的数据和控制功能。NI的自动化营销经理Don Holley说，LabView RealTime的PID算法最近被一家造纸厂用于干扰抑制和提取PID增益，从而改善了水温调节并防止了系统振荡。

“用户首先要问自己，是什么促使他们改变自己的传统网络?霍利说。“它需要太多的维护吗?”它的部分是否不再支持或部分是否不再可用?应用程序是否需要遗留系统无法执行的优化?或者只是用户想要的一些信息或特性是遗留系统无法提供的?”

Holley先生说，越来越多地使用现场总线标准和其他互操作性工作，例如OPC基金会(Scottsdale, AZ)的OPC数据交换(DX)项目，也有助于将基于传统的系统连接到更新的网络。OPC DX甚至有望允许协议(如Profibus和DeviceNet)相互通信。[有关OPC DX的更新，请参阅本期新闻部分。]为了进一步简化网络工作，OPC服务器包含在许多解决方案中，包括SST-DNP-104-2，一种来自Woodhead Connectivity (Waterloo, Ontario, Canada)的双通道PC/104接口卡。

哈特的复苏

由于廉价的翻新通常意味着尽可能少地做一些事情，HART可能是增强老网络的最有用的方法，因为它可能需要最少的新设备。HART通信基金会(Austin, TX)主任Ron Helson表示，目前大约75%的过程仪表由智能仪表组成，其中75%是HART支持的。这意味着许多用户可以使用智能现场设备来更新他们的网络，他们可能已经在使用这些设备来完成设置、校准和维护等任务。

赫尔森说:“很多人不知道HART可以用于实时通信，很多人在得知它不需要设备描述语言时都感到惊讶。”“你可以简单地走到控制室的面板后面;将低成本接口模块连接到控制系统和现场设备之间现有的4- 20ma接线;该模块将允许您与HART现场设备通信，并允许您访问二级过程变量。”These other variables actually ride on the same 4-20 mA wires as the primary variable, and are then broken out by the new interface module. Mr. Helson adds these secondary variables can include data on actual valve positions, which allow comparisons with target positions.

接口模块访问变量

这些接口模块的两个最新版本是英维思/Foxboro (Foxboro, MA)的I/A系列现场总线模块和Moore Industries-International Inc. (North Hills, CA)的HIM智能HART环路接口和监视器。

摩尔的HIM智能HART回路接口和监视器允许多达三个额外的模拟过程测量，来自智能HART多变量质量流量，液位，压力和pH变送器。对于多变量质量流量变送器，这可以包括压力、压差、过程温度、流量、总流量和传感器温度。

在4- 20ma电流环路上使用HART数字数据，HIM分离最多三个4- 20ma信号，代表智能多变量变送器的第一、第二、第三或第四个测量变量的任何组合。然后，这些变量可以用于模拟控制系统，如DCS或PLC。此外，双报警跳闸出口可以单独配置，以警告高/低工艺条件。

这些出口也可以设置为在被监视设备和/或HART监视器出现故障时发出警报。这包括使用HART协议的状态位来指示智能发送器冷启动;现场设备故障;或者初级可变模拟输出是固定的、饱和的或超出限制的。

同样，Foxboro的I/A系列现场总线模块与其I/A系列控制处理器60一起工作，提供对过程数据和状态的实时访问，以及对现场设备参数和诊断的按需访问。每个模块通道提供4-20 mA模拟信号和HART数字信号，因此用户可以将传统的4-20 mA现场设备与HART智能现场设备混合使用。在长期的现场升级计划中，这种配置将允许用户集成可能已经安装的智能发射机，并使用预算维护资金逐步将传统的现场设备更新到HART。

赫尔森补充说，通过将HART通信系统与工厂控制系统完全集成(Foxboro就是这样做的)，该系统可以与HART设备进行全天候通信，在即将出现的问题对生产过程产生负面影响之前，及时发现并提醒用户。

英维思I/A系列系统营销总监Jim Gray补充说:“与FOUNDATION现场总线和其他类似方法相比，HART现场设备的购买成本更低，并且易于安装和调试。虽然通信速度比数字现场总线慢，但HART设备提供了许多相同的优点，包括远程配置和实时资产管理功能。”(控制工程对格雷先生最近的去世表示遗憾，并向他的家人和许多朋友表示哀悼。有关他最近去世的更多信息，请参阅本期新闻部分。]

互操作性,组件

访问和改善老兵网络的其他经济方法包括将现有组件组合起来。例如，Wago公司(Germantown WI)的RS-232 I/O模块可以与其可编程现场控制器(PFC)连接，通过4-20 mA线，Profibus或以太网从多达64个I/O模块和90个模块类型中移动数据。Wago高级电子产品技术经理Charlie Cook表示，用户还可以通过将IEC-61131功能程序放入PFC的Modbus主机来支持传统网络，这允许他们从RS-232模块和Modbus网络中获取数据，并将其传输到任何其他指定的网络。

Automationdirect公司(Cumming, GA) PLC和I/O产品经理Paul Ruland说:“要扩大现有的串行或4- 20ma网络，不仅要将它们与更新的技术连接起来，而且要在现有架构下以更低的成本和更容易使用的产品访问和利用它们。”目前市场上有200美元以下的微型plc，包括内置RS-422和RS-485网络端口，以及100美元以下的纳米plc，两者都支持工业事实上的标准的Modbus RTU主/从功能，并提供4-20 mA模拟I/O选项，每通道低至20美元。

他还说:“微处理器、RAM和ROM技术的进步以及高效的表面贴装制造技术为小型客户带来了巨大的好处，使他们能够在更严格的成本限制下更长时间地保留其基本网络设计。”此外，纳米和微型plc中的许多低成本网络和模拟功能具有易于使用的新功能，如modbus特定的主指令，内置自动调谐PID设置循环，自动传输和设置4-20 ma模拟I/O数据，无需模块。

同样，基于plc的网络也可以添加支持以太网的模块，例如Lantronix (Irvine, CA)的UDS 100设备服务器。Lantronix的产品营销经理Paul Wacker说，这不仅可以帮助用户避免昂贵的网络更换，而且还允许他们在工业网络的任何地方执行本地串行端口类型的功能。

此外，为了帮助更高级别的现场总线协议访问遗留系统，罗克韦尔于2002年9月发布了Entek XM系列状态监测解决方案。XM是一个模块，使用现有的网络基础设施进行工厂连接，可以桥接DeviceNet, ControlNet和以太网/IP协议以及4- 20ma输出。由于Modbus是它遇到的最流行的传统网络之一，罗克韦尔正计划开发一个Modbus接口到XM。罗克韦尔的阿尔福德说，例如，XM允许用户观察机器的振动变化。这些数据可用于确定趋势，并随后减少不必要的预防性维护和停机时间。

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