Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 19 сентября
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

Новые стандарты CompactPCI

В статье описаны преимущества использования стандартов CompactPCI Serial и CompactPCI PlusIO, которые обеспечивают последовательный обмен между устройствами CompactPCI.

Встраиваемые конверторы интерфейсов для устройств автоматизации

В настоящее время цифровая техника приобретает все больший вес в области автоматизации производства. Увеличивается количество интерфейсов, протоколов, в т.ч. Ethernet, типов полевых шин и узлов промышленных сетей. Вместе с тем все сложнее обеспечить коммуникацию между устройствами, поддерживающими широкое разнообразие протоколов.

COM Express 2.0: новые возможности процессоров для встраиваемых систем

В статье обсуждаются особенности новой версии стандарта COM Express, которые позволяют реализовать более высокую производительность и расширенные возможности графики новейших процессоров во встраиваемых приложениях. Подробно рассмотрены типы разводок и форм-факторы новой спецификации. Статья представляет собой перевод [1].

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

10 июня

Как эффективно реализовать преимущества полевой шины

В статье обсуждаются особенности реализации сетей на базе полевой шины при построении системы управления производственным процессом. Рассматриваются преимущества и недостатки таких технологий полевой шины как Profibus-PA, Foundation Fieldbus, AS-i и DeviceNet, а также проанализированы затраты на их развертывание в сравнении с обычными системами ввода/вывода. Статья представляет собой перевод [1].



В

о многих публикациях утверждается, что промышленные сети на базе полевых шин (fieldbus) имеют множество преимуществ. Отмечается, что они значительно уменьшают число межсоединений, сокращают площадь, требуемую для распределительных панелей и портов ввода/вывода, сокращают период пуско-наладочных работ, а также обеспечивают существенную экономию за счет передачи функций управления полевым устройствам.
Все это соответствует истине. Однако если рассматривать картину в целом, то эти преимущества могут быть отчасти скомпенсированы другими факторами, о которых вспоминают довольно редко. Важно, чтобы при выборе соответствующей технологии полевой шины специалист по автоматизации учитывал все особенности конкретной сети.
В данной статье понятие «полевая шина» применяется в отношении цифровых сетей в целом. Спектр технологий, которые рассматриваются в статье, ограничен полевыми шинами приборного уровня: Profibus-PA, Foundation Fieldbus, AS-i и DeviceNet.

Реальная экономика

Действительно ли полевые шины позволяют сэкономить на межсоединениях и уменьшают стоимость монтажа? Смотря по обстоятельствам.
Полевые шины заменяют множество карт ввода/вывода и проводов каждого прибора одной картой и одним кабелем, который проведен в зону и распределяется среди приборов. Степень экономии проводов зависит от типа используемой полевой шины, способа ее размещения и электроклассификации зоны. В среднем, можно сказать, что полевые шины уменьшают число проводов и/или оконечных устройств в 4 раза, а некоторые полевые шины способны сэкономить и больше. Затраты можно сократить и за счет того, что размеры распределительных панелей уменьшаются или панели исключаются вовсе, а распределительные коробки больше не используются. Однако полученная экономия часто компенсируется другими факторами.
Устройства ввода/вывода полевой шины значительно дороже стандартной карты ввода/вывода, а окончательная стоимость оборудования, в лучшем случае, обеспечит безубыточность. В среднем блок управления одного нерезервируемого порта AS-i стоит примерно столько же, сколько карты DI и DO для 20—25 двухпозиционных вентилей, каждый из который содержит по два конечных выключателя. Одни вендоры производят двухпозиционные вентили, другие — однопозиционные. Число вентилей рассчитывается на каждый порт. Если вы установите менее 20—25 вентилей на порт, оборудование шины AS-I, вероятно, будет стоить больше в расчете на каждый прибор. Кроме того, для карты AS-i нужен источник питания, а также могут потребоваться стабилизаторы питания и повторители.
Одна нерезервированная сетевая карта Foundation Fieldbus (FF) с источником питания стоит примерно столько же, сколько блок ввода/вывода с аналоговым входом, обслуживающий 15 передатчиков или вентилей. Большинство сегментов не способны поддерживать так много устройств, поэтому оборудование полевой шины FF на самом деле стоит больше, чем стандартное устройство ввода/вывода с аналоговым входом для такого же числа точек.
Оценить стоимость шины Profibus-PA труднее, т.к. затраты на сегмент зависят от того, каким образом реализованы модули связи DP/PA и коммуникационные карты DP. Обычно стоимость одного нерезервированного канала шины Profibus-PA примерно равна стоимости карт ввода/вывода, связанных с 5—10 клапанами или передатчиками, что делает сопоставимой стоимость оборудования Profibus-PA со стоимостью стандартного аналогового ввода/вывода.
Кабель полевой шины намного дороже обычного провода для подключения по стандарту 4—20 мА. Хотя теоретически можно использовать любой экранированный провод, но чтобы достичь максимальной длины сети с минимальными проблемами, нужно использовать специальный провод. Цены могут быть разными, но провод полевой шины обычно в 3—5 раз дороже. Разница в цене может быть значительной, если в нее входит стоимость специальных разъемов, кабелей и других элементов. Полевые устройства шины почти всегда дороже традиционных устройств ввода/вывода, хотя разница постепенно сокращается. Проектирование сети также может занять больше времени.
В шинах Foundation и Profibus-PA можно исключить полевые распределительные блоки, но часто их заменяют сегментными соединительными модулями или блоками, которые позволяют соединять локальные устройства с сетью. Эти блоки весьма важны, т.к. они обычно защищают сеть от закороток в передатчиках. Общая стоимость этих сегментных блоков, а также фитингов, оконечных элементов и т.д. может приближаться или даже превышать стоимость обычных распределительных блоков.
Полевые шины позволяют исключить инженерно-технические работы, связанные с распределительными блоками и соединительными панелями, а вместо этого требуют технического обслуживания самой сети. Стоимость этих работ может быть весьма значительной, потому что, как правило, требуется с точностью до нескольких футов знать, где будет расположено устройство. В случае внесения изменений в проект и перемещения оборудования, проект сети должен быть заново проверен. Подключение по схеме токовой петли 4—20 мА весьма нетребовательно. Не имеет значения, будет ли длина кабеля 10 или 1000 футов, сеть все равно будет работать. Очень немногие сети на базе полевой шины допускают изменения этой величины без пересмотра проекта.
Оборудование полевой шины часто требует дополнительного программного обеспечения (ПО) и/или лицензий на программы, которые не требуются для стандартных устройств вывода/вывода. Дополнительное ПО часто не учитывают во время начальной оценки стоимости проекта. Не слишком доверяйтесь расчетам стоимости, которые предлагают вендоры. В эти расчеты могут быть заложены не вполне реальные исходные данные, а также трудозатраты и стоимость совсем не тех материалов, которые используются на вашем заводе. Найдите время, чтобы сделать свои собственные расчеты.

Сокращается ли период ввода в эксплуатацию?

Способна ли полевая шина кардинально уменьшить время пусконаладочных работ, как утверждают многие поставщики оборудования? Да. К тому же, она может сделать запуск сущим кошмаром.
Поиск неисправностей в сети на базе токовой петли 4—20 мА довольно прост. Если не работает передатчик, можно прозвонить провода простым мультиметром, найти неправильно подключенный или оборванный провод и продолжить работу.
Диагностика оборудования полевой шины редко бывает столь же простой. До последнего времени было немного устройств для диагностики сети, и персонал, обслуживающий оборудование, разделяли на группы, которые с помощью осциллографов и измерительных приборов занимались поиском и устранением неполадок. Появившиеся недавно устройства анализа сети упростили этот процесс, но их стоимость довольно высока.
Определяющим фактором успеха диагностики остаются технические возможности разработчиков системы. Не следует поручать разработку проекта на базе полевой шины специалистам, не имеющим опыта работы с данной технологией. Группа должна тщательно проверить полевые устройства, чтобы убедиться, что они работают так, как заявлено производителем. Устройства plug-and-play часто выходят из строя. Специалисты также должны убедиться в завершенности и корректности проекта сети. Эта задача может осложниться, если расположение устройств менялось в процессе проектирования и/или монтажа. Другим ключевым фактором успеха являются возможности подрядчика, который устанавливает оборудование. Соединение блоков и установка оконечных устройств должны выполняться опытными техниками. В противном случае запуск сети может превратиться в длительный процесс.

Уменьшается ли стоимость расходов на обслуживание и ремонт?

Говорят, что полевые шины сокращают затраты на эксплуатацию сети за счет более быстрой и совершенной диагностики. Эти утверждения редко подкрепляются реальными данными. Полевые шины предоставляют огромное количество диагностических данных опытному пользователю. Но даже у наиболее квалифицированных техников зачастую отсутствует доступ к программному уровню распределенной системы управления. Когда устройство, подключенное по схеме 4—20 мА, отказывает, техник, вооруженный мультиметром, может, как правило, быстро определить и решить проблему. Если дело в передатчике, его заменят на другой такого же диапазона.
Рассмотрим аналогичный сценарий для передатчика полевой шины. Если система управления не обеспечивает интегрированного непосредственного доступа к устройству, технику нужен для этого ноутбук или специальный коммуникатор полевой шины. Если требуется замена устройства, то нужно подключить новый передатчик к сети и загрузить в него конфигурационный файл. Если версия ПО передатчика отличается от нужной, то система может вовсе не распознать передатчик и потребовать загрузки обновленного файла устройства в распределенную систему управления. Если проблема связана с сетью, потребуется весьма опытный техник, вооруженный анализатором сети для поиска неисправности. В итоге отказавшее полевое устройство потребует для поиска неисправности более квалифицированных знаний, чем предполагалось вначале, что означает дополнительные затраты времени и средств.
Более совершенная диагностика полевого устройства снижает потребность в техническом обслуживании. Частота отказов полевого оборудования весьма низка. Если устройство плохо считывает данные, проблема в редких случаях имеет отношение к аппаратуре, а обычно связана с межсоединениями, сбоями технологического процесса или датчиками. Усовершенствованная диагностика обычно не позволяет детектировать этот вид отказа и не снижает частоту его появления.
Другой проблемой, связанной с затратами при эксплуатации сети, является то, что полевые устройства постепенно заменяются на новые. Передатчик стандарта 4—20 мА 20-летней давности будет прекрасно функционировать в современной системе управления по той же схеме. Что касается устройств полевой шины, то их постоянно модернизируют, поэтому существующее оборудование и запасные части могут не работать в сетях управления последнего поколения.

Больше информации о процессе, лучше аварийная сигнализация

Известно, что полевые шины предоставляют намного больше информации о технологическом процессе и обеспечивают функции аварийной сигнализации. Это абсолютная истина. Но это имеет и оборотную сторону.
Объем данных полевой шины может быть огромным, и они имеют минимальную ценность, пока не попали к тому, кому это нужно, причем своевременно и эффективно. Операторы производственного процесса получают слишком много сигналов тревоги. Регистрация всех сигналов тревоги в файле, который никогда не просматривается, бесполезна. Чтобы создать человеко-машинный интерфейс, который эффективно обрабатывал бы дополнительную информацию, нужны затраты времени и денег. Если добавить стоимость лицензии на ПО, то общие затраты могут быть значительными. Стоит ли платить за эту дополнительную информацию?
Большая часть существующих полевых устройств осуществляют связь по протоколу HART и могут предоставлять множество дополнительной технологической и диагностической информации. Однако компаний, получающих реальную пользу от этой информации, сегодня не так много.

Увеличенное время безотказной работы и улучшенная надежность

Если сравнивать новое тщательно спроектированное оборудование полевой шины с устаревшей управляющей системой, снабженной плохой документацией, которая обслуживалась нерегулярно, то, без сомнения, полевая шина будет более надежной. Если сравнивать полевую шину с новой и хорошо спроектированной традиционной системой управления, то разница будет минимальной.
Имеется ряд вопросов, которые следует учитывать — одним из них является единая точка отказа. Передатчик для токовой петли 4—20 мА имеет одну двухпроводную линию, которая соединяется с одной картой ввода/вывода. Обрыв в проводе, вероятно, повлияет только на один передатчик. Отказ карты мог бы вывести из строя один канал или, в худшем случае, все каналы на этой карте.
Обрыв провода на полевой шине может вывести из строя устройство или вызвать отказ всех сетевых устройств. Отказ карты, вероятно, приведет к выходу из строя всего сегмента (или двух, если это двухпортовая карта). Отказ источника питания также выведет из строя сегмент. Доступны карты полевой шины и/или источники питания с резервированием, но они дороги. Сегменты можно сделать меньшими, чтобы сократить область воздействия отказа, но тогда стоимость развертывания сети значительно возрастает.
Если должен быть введен новый передатчик для токовой петли 4—20  мА, это почти всегда можно сделать без воздействия на производственный процесс. Когда вводят новый передатчик полевой шины, сеть часто требует полной перезагрузки. Это переводит сегмент в автономный режим работы при передаче информации. Для некоторых технологических процессов это допускается. Другие производственные участки не прекращают работу неделями, месяцами или даже годами. Перерывы в работе в этом случае обеспечить трудно или же совсем невозможно.

Лучшая управляемость системы

Утверждают, что система с управлением в полевых устройствах лучше, чем распределенная система управления, потому что она обеспечивает большее время безотказной работы, более быстрое управление и лучшую реакцию системы. Тем не менее, необходимо учитывать, что скорость реакции на управляющее воздействие определяется исходя из результатов моделирования системы в условиях лаборатории. Моделирование игнорирует реальную скорость исполнительного устройства и пределы насыщения. При моделировании сравнивается реакция на управляющее воздействие полевого устройства с реакцией обычного устройства распределенной системы управления. Реакция полностью аналогового устройства будет намного быстрее, чем любого полевого устройства — вне зависимости от положения управляющего устройства.
Возможно, наиболее серьезным недостатком полевой шины является то, что управление полевыми устройствами имеет неизвестный вид отказа. Для большинства аналоговых приборов существует не так много видов отказов: ошибка показаний при изменении измеряемой величины от максимального значения до минимального (downscale), ошибка показаний при изменении измеряемой величины от минимального значения до максимального (upscale) или в очень редких случаях — ошибка показаний середины шкалы (mid-scale). Приборы полевой шины имеют больше видов отказов, но более совершенная диагностика, как правило, позволяет обнаружить их.
Однако если управление выполняется в полевом устройстве, а коммуникационная карта полевой шины вышла из строя, то мы не узнаем, работают ли полевые устройства. Они могут продолжать подавать материалы в неуправляемый технологический реактор и нет способов узнать об этом.
Теперь рассмотрим основные типы полевых шин и особенности их применения в тех или иных приложениях. Высокоскоростные сетевые коммуникационные шины (Profibus-DP, EtherNet/IP, ControlNet и т.д.) здесь не рассматриваются, т.к. в этой статье внимание сосредоточено на наиболее распространенных шинах низкого уровня, которые обеспечивают связь непосредственно с полевыми устройствами.

AS-интерфейс

Интерфейс подключения датчиков и исполнительных механизмов (Actuator-Sensor Interface — AS-i) — одна из наиболее простых в реализации сетей. Она обычно используется для связи с цифровыми устройствами (электромагнитными клапанами, кнопочными выключателями, двухпозиционными вентилями и т.д.). Эта сеть имеет ограниченные возможности по передаче аналоговой информации, но редко для этого используется. Это простая сеть, которая имеет достаточно высокую скорость (167 Кбит/с, время цикла менее 5 мс) и она нечувствительна к электрическим помехам. Основным ограничением сети является ее длина. Общая длина сетевого кабеля не должна превышать 100 м. Однако в последнее время появились недорогие сетевые повторители и преобразователи питания, которые позволяют использовать один источник питания для нескольких 100-м сегментов этой сети.

Преимущества AS-i

Шина AS-I поддерживает любой технологический процесс, в котором используются многочисленные цифровые устройства, расположенные на сравнительно небольшой площади. Реактор периодического действия — это типичное приложение для AS-I, т.к. в такой системе обычно имеется большое число двухпозиционных вентилей, управляющих загрузкой сырья в непосредственной близости от реактора. Поскольку каждый вентиль имеет, по крайней мере, один электромагнитный клапан и два конечных выключателя, экономия на проводах может быть значительной.
Сеть AS-i лучше всего использовать, когда управляющая система имеет интегрированную карту AS-i. Можно установить карту AS-i удаленно в стойке шлюза (через шины Profibus-DP, DeviceNet и др.), но такая конфигурация усложняет инженерно-технические работы и увеличивает время реакции вентиля. Это хорошо для неклассифицированных зон Class I Div 2 и Class I Div 1. Недавно появившееся на рынке монтажное оборудование упрощает и удешевляет разводку каналов, особенно в электрически классифицированных зонах. Кроме того, недавно были представлены устройства настройки сети, которые позволяют расширить ее за пределы 100 м путем автоматической оптимизации емкости сети и оконечного сопротивления. Их сетевые кабели не предъявляют особых требований к топологии, поэтому при необходимости можно делать ответвления для подключения полевых устройств.
Файлы профиля AS-i не меняют слишком часто, поэтому новое и старое оборудование, как правило, взаимозаменяемо. Модули ввода/вывода могут быть подсоединены к кнопкам и/или контрольным лампам источника питания, чтобы управлять станциями локальных операторов, а сети рассчитаны на 8 А. Это обеспечивает намного больше доступной мощности, чем большинство сетей на базе полевых шин. Конфигурирование устройства не сложно — нужно просто назначить для него номер узла.

Недостатки AS-i

Шина AS-i спроектирована для двухпозиционных переключателей и непригодна для аналоговых приборов. Если технологическое оборудование рассеяно по территории, то 100-м ограничение на длину кабеля будет слишком жестким, даже если использовать повторители. Из-за такого ограничения необходимо знать заранее, часто еще до строительства завода, где собираются устанавливать вентили. Если оборудование впоследствии перемещается, проект сети должен быть пересмотрен.
Головки вентиля AS-i стоят больше стандартных двухпозиционных головок с конечными выключателями. В вентилях стараются использовать маломощные электромагнитные клапаны, поэтому если приток воздуха к прибору недостаточный, то в электромагнитных клапанах могут возникнуть проблемы и потребуется их обслуживание.
Как и в любой другой сети, подключение первого вентиля или устройства может вызвать проблемы. Однако как только этот вентиль установлен, чтобы сконфигурировать сеть, нужно только подключить коммуникатор AS- i к устройству и назначить для него номер узла. Проверка осуществляется чрезвычайно быстро.

DeviceNet

Сеть DeviceNet основана на протоколе CIP и обычно используется для цифровых устройств и электроприводов. Это детерминистская высокоскоростная (500, 250 или 125 Кбит/с) сеть, которая также обеспечивает питание на своем многожильном кабеле для полевых устройств. Это более сложная сеть, она более трудоемкая в установке, чем AS-i, но способна передавать гораздо более разнообразные типы данных. Допустимая длина сети DeviceNet зависит от скорости передачи, но ограничения на длину не так жестки, как в AS-i.
Наилучшим приложением для DeviceNet являются системы управления электроприводами или обособленные производственные линии, где одна магистральная шина может проходить вдоль всей системы с короткими отводами для каждого устройства. Длина кабеля обычно не ограничивается, поэтому не обязательно заранее знать точное местоположение оборудования, оснастку можно перемещать без существенного влияния на работу сети.
120-ВAC модули электроприводов DeviceNet могут стать оптимальным средством выполнения требований NEC по дуговому разряду. Подведение контактов системы управления 110-ВAC электроприводом к панели устройств DeviceNet позволяет электрикам проверять напряжение на работающих системах электроприводов без воздействия напряжения 480 ВAC.
Модули ввода/вывода могут быть соединены с кнопочными выключателями и/или сигнальными лампами источников питания, чтобы обслуживать локальные станции. Эта сеть рассчитана, как правило, на ток 8 А и обеспечивает намного больше мощности, чем большинство типов полевых шин. Функция автовосстановления позволяет заменять устройства DeviceNet и автоматически загружать в них корректную конфигурацию при подключении к сети. Эта функция позволяет сократить простой системы.
Многие вендоры представили много новых DeviceNet-совместимых устройств, что в большинстве случаев позволило значительно снизить цены на полевые устройства.

Недостатки DeviceNet

Есть вероятность появления сбойных пакетов от одиночного устройства DeviceNet, которые способны прерывать коммуникации во всей сети. Это редкое событие, но разработчикам следует разделять сеть на зоны управления, которые не будут оказывать серьезного влияния на производственный процесс, в случае появления отказов. Кроме того, весьма мало устройств DeviceNet рассчитаны на работу в опасных зонах.
В большинство систем DeviceNet нельзя добавить устройство без загрузки сети и прерывания ее работы. На автономной производственной линии это обычно не вызывает проблем, но совершенно недопустимо отключать всю систему управления электроприводами (если требуется установить дополнительный электропривод) на непрерывном химическом производстве. Следует разделить сеть на сегменты соответствующим образом, чтобы избежать проблем простоя. Следует предусмотреть возможность установки нескольких запасных модулей, чтобы они были включены в систему без перебоев в ее работе.
DeviceNet — более сложная сеть, для которой требуется специальное сетевое ПО для соединения. Оно включает также специальные файлы данных (EDS), которые могут усложнить запуск. Несмотря на рекламные заявления об их plug-and-play-возможности, большинство пользователей испытывают трудности при запуске, особенно в случае использования непроверенных устройств. Важно установить связь с новым оборудованием перед запуском, чтобы исключить задержку во время наладочных работ.
EDS-файлы устройств постоянно обновляются, поэтому устройство для замены может быть не распознано до тех пор, пока нужные файлы не будут установлены в системе. В этом случае может потребоваться помощь инженеров технической поддержки.
Топология DeviceNet представляет собой однопроводную линию с ответвлениями до 6 м, поэтому широкомасштабное разветвление не допускается. Однако при соблюдении требований к допустимой длине основной линии можно расширить основную сеть на всю зону. Правда, поиск неисправностей в этой сети может оказаться весьма трудоемким, известно не слишком много способов ее диагностирования. Обычно требуется участие инженеров, что увеличивает затраты на эксплуатацию сети.

Сети Foundation fieldbus (H1) и Profibus-PA

Foundation fieldbus (FF) и Profibus-PA — это низкоскоростные сети (31 Кбит/с), которые предназначены, главным образом, для аналогового управления технологическими процессам. FF и Profibus-PA конкурировали несколько лет, но в последнее время две полевые шины движутся к объединению в одной шине управления технологическими процессам и использованию общего файла устройства.
Обе шины используют одинаковый физический уровень и обеспечивают ограниченную мощность для питания линий сети, а также поддерживают низкоскоростную отказоустойчивую связь между управляющей системой и полевыми устройствами. FF также поддерживает связь между устройствами и управление в полевых устройствах, хотя эта функция используется редко.
В отличие от FF Profibus-PA использует протокол, построенный по принципу ведущий/ведомый (master/slave) и не поддерживает связи между устройствами. Profibus-PA — это низкоскоростная версия сети Profibus-DP, которая обычно работает как подсеть в коммуникационной системе Profibus-DP. Соединители (link) и/или модули связи (coupler) DP/PA соединяют две сети. Модули связи DP/PA отображают коммуникации PA в сеть DP, поэтому полевые устройства являются узлами сети Profibus-DP. Соединители DP/PA разделяют сети, поэтому канал DP/PA становится узлом в сети Profibus-DP и является ведущим устройством (master) сети Profibus-PA. Соединители более предпочтительны по сравнению с модулями связи, т.к. модули связи увеличивают скорость Profibus-DP, чтобы согласовать скорость с гораздо более медленной сетью PA. Модули связи DP/PA обеспечивают необходимую мощность для каждой сети Profibus-PA, поэтому дополнительных источников питания не нужно. При том что обе сети поддерживают цифровые устройства, в большинстве систем они не содержатся.

Преимущества и особенности применения FF и PA

Сети Foundation Fieldbus и Profibus-PA допускают использование нескольких передатчиков/управляющих вентилей на одном проводе, и можно сэкономить на кабелях, если устройства сгруппированы в небольших областях и расположены вдалеке от системы управления. Обе сети будут работать в зонах Class I Div 2 и Class I Div 1. Однако зоны по классу Class I Div 1 требуют искробезопасного соединения, что ограничивает число устройств до 4-х или 5-ти на сегмент и исключает какую-либо экономию кабелей. Последние версии стандарта по искробезопасности для полевых шин (FISCO) допускают больше устройств в искробезопасном сегменте вместе с подходящими блоками соединения с полевыми устройствами и сетевым оборудованием. Длина кабелей может варьироваться для обеих сетей, и требования к топологии сети минимальны.
Поддержка FF сильна в США, а в Европе поддерживают в основном Profibus-PA. Сеть FF лучше всего использовать там, где система управления имеет интегрированную карту FF и системную диагностику. Возможности системы возрастают, если эти функции встроены в систему управления. Если они отсутствуют, то многие преимущества не будут реализованы. Profibus-PA тоже лучше всего использовать, когда система управления имеет Profibus (DP или PA), полностью интегрированную в систему. Profibus-PA может работать, используя коммуникационную карту Profibus-DP, соединители и модули связи DP/PA, но их конфигурация в этом случае будет намного сложнее.

Недостатки FF и PA

Последние изменения в ценах существенно повысили стоимость программного и аппаратного обеспечения FF. Если включить в общую сумму стоимость источников питания, полевых блоков, карт полевой шины, лицензий и конфигурационного ПО, а также самих полевых устройств, то затраты могут сравняться или превысить стоимость обычных систем ввода/вывода.
Стоимость установленной сети Profibus-PA также может превысить стоимость оборудования с токовой петлей 4—20 мА, если учесть стоимость коммуникаций Profibus-DP, каналов и/или блоков коммутации DP/PA, полевых устройств вместе с полевыми блоками, лицензиями и конфигурационным ПО. Однако все-таки Profibus-PA имеет небольшое ценовое преимущество перед FF.
Для технологических зон с размещенными в них полевыми устройствами или устройствами, расположенными поблизости от пункта управления, не следует ожидать преимуществ от применения сетей FF или Profibus-PA. В данной ситуации стоимость установки почти всегда будет превышать стоимость использования обычных систем ввода/вывода.
Полевые устройства как для Profibus-PA, так и для FF обычно дороже устройств для токовой петли 4—20 мА. Кроме того, большинство полевых устройств являются устройствами более высокого класса, которые содержат полный набор опций. Вендоры предлагают совсем немного бюджетных устройств, способных работать в сетях Profibus-PA или FF.
Проектирование этих сетей может вызвать трудности из-за конкурирования приоритетов. Максимальное увеличение числа устройств в сети снижает стоимость установки, но значительно увеличивает вероятность дезинтеграции завода в случае потери сегмента. Если сегмент ограничивается одним контуром управления и несколькими индикаторными приборами, то существенно уменьшается площадь воздействия отказа, но стоимость монтажа будет значительно выше.
Оцените виды возможных отказов, когда будете рассматривать возможность установки сетей FF или Profibus-PA. Потеря одной коммуникационной карты, источника питания, сетевого кабеля или канала/блока коммутации (в Profibus-PA) может вывести из строя целый сегмент. Если в этом сегменте находятся несколько контуров управления, остановка завода может стать неминуемой. Имеются опции для резервируемых коммуникационных карт FF и PA и резервируемые источники питания, но они могут быть более дорогостоящими.
Большинство сегментов FF и Profibus-PA должны быть выведены из обслуживания при установке нового устройства в сеть. Это может вызвать серьезные проблемы на заводах с непрерывным производством. Обе сети требуют намного больше инженерно-технических работ, чем сети на основе токовой петли 4—20 мА, и в каждом сегменте необходимо проверять скорость передачи данных, нагрузку на питание, отражение и др. Формально наибольшее число устройств в обеих сетях равно 32. В реальности это число намного меньше. Проблемы, связанные с отказоустойчивостью и скоростью передачи данных, и ограничения по мощности существенно уменьшают число устройств.
Настройка обеих сетей технически сложнее, чем систем с токовой петлей 4—20 мА. С особым вниманием надлежит выполнять оконечную нагрузку. Изменения часто вносят в файле устройства сети FF, и новые приборы могут не работать, если не найти новый файл устройства, не загрузить его в систему и не обновить сеть. Файлы определения устройства сети Profibus-PA (GSD) часто пересматривают, поэтому при замене устройства требуется обновление этого файла, чтобы система смогла его распознать. Это, в свою очередь, может потребовать восстановления сети, а значит — участия высококвалифицированных техников или инженеров.
Поиск неисправностей в этих сетях довольно сложен, и способов диагностирования проблем существует не так много. Для таких работ обычно приглашают инженеров, что увеличивает затраты на эксплуатацию сети.

Литература

1. Hunter Vegas. The Fieldbus Jungle//www.controldesign.com



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Хантер Вегас (Hunter Vegas), руководитель проекта, Avid Solutions



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты