NE97(带PROFIsafe层),又可以按照“运行考核合格”的准则将其应用于安全相关的场合。

图2 PROFIsafe应用在“运行考核合格”的PA设备中
浓缩状态与诊断信息
工厂资产管理(NAMUR NE91)始终是过程自动化,特别是提高生产设备可用性和利用率以及改善过程控制方面众多议题的焦点。资产管理的目的不仅要实现生产设备的保值,而且要实现其增值,管理系统通过分析现有的和有目的地收集到的数据来实现上述目标。现场仪表的诊断功能也为此发挥巨大的作用。诊断数据的分析揭示一个生产设备的战略目标(如效益,可用性)与实际状况之间的偏差。资产管理的重点之一,就是生产设备的维护与维修。由于诊断信息量很大,用户要求将大量单个信息在进一步传输之前,进行参数化归类整理,使之符合规定的分类方法(NAMUR NE107),且最终有选择地分发给不同的需求者,如操作员、维修人员或企业领导者。
上述用户要求在PA行规3.01版修改文本2“浓缩状态与诊断信息” (Ademendment2:Condensed Status& Diagnostic Message)中被转化为同德国标准
VDI/VDE 2650和NAMURNE107一致的PA 仪表行规,其中除状态“良”(Good)以外,还定义了4种状态信号,即“功能检验C”,“维护要求M”,“超出规范/不确定S”和“故障F”,参见表1。

表1 4种状态信号:F,M,C,S
由过程仪表记录的诊断结果(图3),在过程仪表中按仪表类型和应用进行参数化,然后映射到4个状态信号中(图3左),或者作为单独的结果(图3右)分别被存储下来;在控制系统和工厂资产管理系统(PAMS)中,状态报告可以不加改变地立刻向这两个站输出(图3a),或者独自按组态顺序排列之后,又按状态信号的含义被分配到以上两个不同的工作站中(图3b)。

图3 诊断结果参数化所对应的测量值状态
“浓缩诊断”这一新概念(图4)源自PROFIBUS PA 5年来的使用实践,对大量的诊断信息流“浓缩其精华”,以求“对症下药”,它对加强企业资产管理和提高生产设备的经济效益有重大作用。

图4 浓缩诊断原理
冗余环
在过程自动化,尤其是连续过程自动化的应用方面,自动化系统结构既要求安全(SIL3),又要求尽量高的可用性。而避免生产事故的发生,这类生产设备中的控制器的通信系统均采用冗余结构(1001,1001D,1002,1002D,2003,2003D等)。目前PROFIBUS PA有两种不同的冗余方案可供选择,即耦合器冗余(Coupler-Redundance)和冗余环(Ring-Redundance),见图5、6。由西门子公司首创的冗余环,又称为FMR(Flexible Modular Redundance,柔性模块式冗余),是目前世界上最先进的高可用性、容错的冗余结构,如图7所示。

图5 耦合器冗余 图6 冗余环

图7 PROFIBUS PA安全、容错的冗余环结构
图5中带AFS(有源现场分流器)的DP/PA耦合器和图6中冗余环的AFD-有源现场分配器均设有集成的自动总线终端器(Automatic bus termination),它使系统在遇到短路或断线时自动地且无冲击地同有故障的总线分段隔离。由图7可见,带冗余环的PROFIBUS PA经冗余的DP/PA Link(链接器)同西门子S7-400FH控制器的二根支线相连。在PROFIBUS PA冗余环中,最多可连接8个AFD,其中每一个AFD有4个防短路,用来连接现场仪表设备的支线接口。这种安全、容错结构使用比较少量的仪表设备和电缆就可以实现。环的组态也可在连续运行中更改。为接入另一个AFD,甚至可以短时断开冗余环,而不会引发生产事故。在冗余耦合器和AFD中集成的诊断技术扩大了通信诊断与导线诊断原有的能力,当导线断裂时很容易对错误进行定位。

图8 西门子公司的FMR应用示例
由图8可见,FMR根据自动化任务与安全要求可以使设计人员针对控制器、现场总线和I/O各结构层面分别定义冗余度,并同现场仪表协调一致。在同一层面上,每个组件在结构上都可以是冗余的,在物理上也可以分离。此外,所有组件均满足安全等级SIL3的要求。
FMR可以提供传统的双重或三重统一结构更高的可用性等级。一年多来,FMR在SBM Off