艾默生過(guò)程管理Jonas Berge解釋了無(wú)線儀表架構(gòu)如何使工廠能夠?qū)y(cè)量延伸到過(guò)程測(cè)量以外并用來(lái)解決關(guān)鍵的業(yè)務(wù)問(wèn)題。
我父母的汽車只有3個(gè)傳感器來(lái)向駕駛員提供信息： 油表、溫度表和油壓報(bào)警。他們定期的手動(dòng)檢查胎壓、水位和其他液體。在汽車維修廠，維修工使用專門的設(shè)備來(lái)找到問(wèn)題所在。
現(xiàn)在的汽車擁有數(shù)十個(gè)傳感器和多種數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)，提供啟動(dòng)和制動(dòng)、空調(diào)以及其他信息。一些原始信息被顯示到面板上共駕駛者所用，更多的信息被擁有不同面板的維修站的維修工所用。
這些網(wǎng)絡(luò)化的傳感器使現(xiàn)代的汽車更加可靠，燃油效率更高，更加環(huán)保和安全?，F(xiàn)代的工廠面臨許多的挑戰(zhàn)，也建議采取類似的方法來(lái)解決。
現(xiàn)代儀表提供的過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量結(jié)果越來(lái)越好。這些測(cè)量結(jié)果幫助我們安全的控制工廠。但是工廠同時(shí)還面臨環(huán)保法規(guī)、人員安全、能源消耗等問(wèn)題，他們必須決定如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
所有的這些對(duì)于工廠運(yùn)行非常重要但又不是日常過(guò)程操作的問(wèn)題，被定義為“關(guān)鍵業(yè)務(wù)”問(wèn)題。它包括工廠安全，環(huán)保、可靠性和能源消耗。
由于這個(gè)原因，現(xiàn)有的許多工廠都在進(jìn)行現(xiàn)代化來(lái)解決關(guān)鍵業(yè)務(wù)問(wèn)題。這些測(cè)量部分是為了控制室的操作員運(yùn)行工廠所需，但是大部分是為了控制室之外的人所用。這些信息被提供給工廠層面的運(yùn)行和維護(hù)組織，幫助他們使工廠運(yùn)行更加可靠、環(huán)保、安全、能耗更低。
測(cè)量信息的缺失
在控制室內(nèi)的操作員，利用集散控制系統(tǒng)（DCS）和安全儀表系統(tǒng)（SIS），可以得到他們需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)完成他們的工作—使工廠安全有效的運(yùn)行。
數(shù)據(jù)來(lái)源于現(xiàn)有的有線傳感器，這些傳感器是工廠自動(dòng)化基礎(chǔ)層的一部分，基礎(chǔ)層用來(lái)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)和實(shí)現(xiàn)功能安全。在工廠開(kāi)始建設(shè)時(shí)，這些就已經(jīng)存在于P&ID 功能結(jié)構(gòu)上了。
然而，工廠的其他重要人員如維修、可靠性、能源效率和HS&E 部門的人不在控制室中，并且只能的到很少的所需數(shù)據(jù)。有太多的數(shù)據(jù)他們無(wú)法得到或必須手動(dòng)收集，這些數(shù)據(jù)被稱為“測(cè)量信息缺失”。
而這些缺失的測(cè)量數(shù)據(jù)可以分為主要的3個(gè)用途：重要資產(chǎn)可靠性的監(jiān)測(cè)，能源效率的監(jiān)測(cè)以及降低環(huán)境和工廠安全風(fēng)險(xiǎn)的HS&E 的監(jiān)測(cè)。
減少停車時(shí)間、降低能源成本、減少環(huán)境影響、降低人員風(fēng)險(xiǎn)是全世界過(guò)程工業(yè)的主流趨勢(shì)。為了獲得在這些方面采取措施所需的數(shù)據(jù)，工廠需要增加自動(dòng)化的程度。
那么為什么工廠沒(méi)有為控制系統(tǒng)增加更多的傳感器呢？在過(guò)去，增加一個(gè)新的傳感器需要切開(kāi)和焊接管道或容器，而這只能在大修時(shí)進(jìn)行。進(jìn)一步講，必須敷設(shè)信號(hào)線和供電線，同時(shí)在敷設(shè)時(shí)必須將接線盒和電纜槽打開(kāi)，這增加了破壞現(xiàn)有電纜的風(fēng)險(xiǎn)。因此，許多改進(jìn)計(jì)劃沒(méi)有得到批準(zhǔn)。今天，工廠為 “無(wú)處不在的測(cè)量”發(fā)現(xiàn)了許多革命性的解決方案”。
無(wú)線
現(xiàn)在許多傳感器是非侵入安裝的，例如溫度傳感器可以?shī)A持在管道的外，無(wú)線壓力傳感器可以安裝在現(xiàn)有壓力表的接頭上，旁路閥和其他手閥的閥位傳感器可以安裝在執(zhí)行器的外面，監(jiān)測(cè)疏水器失效和安全閥泄放的聲波傳感器可以捆綁在管道的外面。 振動(dòng)傳感器可以固定在設(shè)備的外殼或者用磁鐵粘貼，無(wú)需配備管工，因?yàn)樵诎惭b的過(guò)程無(wú)需對(duì)管道進(jìn)行切割，省時(shí)、省力并減少成本和安裝風(fēng)險(xiǎn)。
P&ID 之外的應(yīng)用要求大多數(shù)時(shí)候不像P&ID 控制回路和安全功能那樣苛刻。對(duì)于這些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，貼壁式溫度傳感器測(cè)量的管道表面的溫度就足夠準(zhǔn)確了。同樣的，如果振動(dòng)傳感器能夠提供所需的數(shù)據(jù)，非關(guān)鍵機(jī)泵和其他設(shè)備可能就不需要大型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)無(wú)線壓力傳感器取代機(jī)械式壓力表時(shí)，即使是最簡(jiǎn)單的無(wú)線傳感器提供的數(shù)據(jù)也遠(yuǎn)優(yōu)于就地壓力表。
WirelessHART傳感器無(wú)需為增加的儀表敷設(shè)信號(hào)線，可以節(jié)約時(shí)間和降低損壞現(xiàn)有設(shè)備的可能性。WirelessHART傳感器也減少了對(duì)于電工參與的需求。
遍布工廠的這種傳感器組成了一個(gè)網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)設(shè)備都可以充當(dāng)路由，因此可以降低對(duì)于備用路由的需求，同時(shí)也降低了與之相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和電力電纜的需求。
無(wú)線傳感器同時(shí)組成了一個(gè)內(nèi)部互聯(lián)的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)使工廠能夠從現(xiàn)場(chǎng)收集信息來(lái)提高工廠的效能的數(shù)字建筑。
WirelessHART 網(wǎng)絡(luò)只需要一個(gè)極易安裝的網(wǎng)關(guān)。只需要HART-IP 就能夠加入遍布全廠的WirelessHART網(wǎng)絡(luò)。它們一起組成了覆蓋工廠的自動(dòng)化“第二層”。
WirelessHART 傳感器由長(zhǎng)壽命電池供電，這減少了向每個(gè)傳感器敷設(shè)電源線的工作。安裝時(shí)間再次被減少了，因?yàn)榘惭b過(guò)程無(wú)需電工的參與。如有需要，工廠能夠在零風(fēng)險(xiǎn)的情況下安裝傳感器，這給了工廠在安裝傳感器方面充分的靈活性和自由。
WirelessHART 信號(hào)是完全的數(shù)字化信號(hào)而不是4-20 mA 信號(hào)。因此無(wú)需在傳感器和控制系統(tǒng)中進(jìn)行量程組態(tài) 也不需要進(jìn)行5點(diǎn)回路校驗(yàn)。數(shù)字傳感器在整個(gè)量程內(nèi)都能夠提供一樣的精度。這些特點(diǎn)然傳感器使用更簡(jiǎn)單，減少了調(diào)試錯(cuò)誤。
無(wú)控制中心
無(wú)處不在的傳感器提供的大多數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)與維修、可靠性、能源效率、和HS&E 部門有關(guān)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于維修主管、可靠性工程師、HS&E 管理人員、能源經(jīng)理甚至是管理疏水器的第三方的服務(wù)公司來(lái)說(shuō)都是有用的。
這些人不會(huì)坐在控制室中，如果他們必須到控制中通過(guò)控制系統(tǒng)操作員才能得到所需的數(shù)據(jù)和報(bào)告是非常不方便的。對(duì)于大多數(shù)新信息來(lái)說(shuō)，控制系統(tǒng)也不是理想的顯示器。
進(jìn)一步講，由于控制和安全系統(tǒng)對(duì)于過(guò)程控制的重要性，系統(tǒng)工程師對(duì)于任何對(duì)系統(tǒng)的改變都非常小心。如果要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)來(lái)收集新設(shè)備的數(shù)據(jù)或顯示新的參數(shù)，就必須遵守嚴(yán)格的政策和變更管理程序。許多時(shí)候必須要求系統(tǒng)供應(yīng)商的服務(wù)工程師來(lái)增加這些功能。雖然非侵入安裝傳感器和 WirelessHART 傳感器是獲得數(shù)據(jù)非常簡(jiǎn)單，要使這些數(shù)據(jù)顯示在控制系統(tǒng)中卻非常的困難。
因此，雖然大多數(shù)的新的測(cè)量點(diǎn)與工廠的控制和安全系統(tǒng)無(wú)關(guān)，工廠還是為資產(chǎn)管理的特殊應(yīng)用如設(shè)備監(jiān)測(cè)，能源管理，HS&E建立了第二個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)使需要它的數(shù)據(jù)的人在辦公室中就可以得到。
在這個(gè)系統(tǒng)下，用戶可以捕獲特定的時(shí)間、查看歷史趨勢(shì)、產(chǎn)生報(bào)告和將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表格中。無(wú)需為了收集數(shù)據(jù)而到控制室和打擾操作員。這使數(shù)據(jù)的到了更有效的應(yīng)用，使他變成了各個(gè)不同部門決策過(guò)程中的自然組成部分。大多數(shù)的數(shù)據(jù)是操作員不需要的，因此大多數(shù)的數(shù)據(jù)也不會(huì)進(jìn)入DCS。
例如HS&E管理人員想要知道洗眼器和安全噴淋的動(dòng)作和健康狀況， 安全閥的泄放，旁路閥及其他手閥的狀態(tài)。
維修員工需要知道閥門是否打開(kāi)，分析振動(dòng)和溫度傳感器的數(shù)據(jù)以便決定在何處進(jìn)行手持式儀器的檢查。從壓力、溫度、液位和流量傳感器得到的數(shù)據(jù)也會(huì)的到分析以確定現(xiàn)場(chǎng)巡檢的路線。維修人員需要將從多種傳感器得到的數(shù)據(jù)集合到一起得到表征全廠過(guò)程設(shè)備安全性和結(jié)垢狀況的指標(biāo)來(lái)計(jì)劃日常維修和下次工廠的大修。
能源效率管理人員需要每個(gè)單元的能源消耗數(shù)據(jù)來(lái)跟蹤能源的消耗情況。能源效率管理人員也會(huì)想知道特定的過(guò)程設(shè)備是否結(jié)垢，因?yàn)檫@會(huì)影響能源效率。
使用網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器和網(wǎng)頁(yè)瀏覽器，員工可以在公司內(nèi)部的任何地方得到所需的信息和報(bào)告。測(cè)量的靈活性使通過(guò)某人的屏幕來(lái)讀取新的傳感器的數(shù)據(jù)快捷簡(jiǎn)便。
資產(chǎn)監(jiān)測(cè)、能源效率和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等資產(chǎn)管理的應(yīng)用是非過(guò)程相關(guān)的，因此相對(duì)于控制盒安全系統(tǒng)來(lái)講，更具彈性和可變性。對(duì)于相關(guān)的部門來(lái)講，比起DCS,在獨(dú)立的第二系統(tǒng)上，他們可以更簡(jiǎn)單的作出符合他們需要的更改。
來(lái)自不同部門的員工能夠自由的在全廠范圍內(nèi)增加傳感器，在獨(dú)立的系統(tǒng)上快速的為新設(shè)備組態(tài)，在辦公室的屏幕上獲得需數(shù)據(jù)而無(wú)需打擾系統(tǒng)工程師來(lái)改變DCS的組態(tài)。
獲得信息
單獨(dú)的HMI軟件可以生成報(bào)警并記錄下來(lái)，，顯示流程根據(jù)需要生成趨勢(shì)圖，報(bào)告，通過(guò)計(jì)算、累邏輯處理等功能生成可有的可執(zhí)行的信息。在HSE辦公室單獨(dú)的HMI軟件可以顯示工廠數(shù)據(jù)，降低風(fēng)險(xiǎn)幫助工廠的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作。
例如當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)洗眼器動(dòng)作時(shí)，能產(chǎn)生報(bào)警，通知控制室現(xiàn)場(chǎng)有人需要幫助。也可以監(jiān)視安全閥的狀態(tài)，知道安全閥何時(shí)動(dòng)作以及放空時(shí)間，使得泄放評(píng)估更準(zhǔn)確。工廠維修人員可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)知道現(xiàn)場(chǎng)旁路閥，手閥的位置，知道這些閥門是否處在不正常的位置。
在維修人員辦公室安裝的單獨(dú)的HMI軟件可以知道，現(xiàn)場(chǎng)哪些閥門處于非正常狀態(tài)，也可以知道泵、風(fēng)機(jī)、攪拌器、傳送帶、馬達(dá)等的溫度振動(dòng)情況。
維修辦公室可以安裝專門的資產(chǎn)監(jiān)視軟件，來(lái)顯示這些熱交換器、空冷塔、風(fēng)箱、泵等健康及運(yùn)行狀態(tài)，這要通過(guò)一系列計(jì)算方法，通過(guò)每個(gè)設(shè)備多個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)維修人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，他們?nèi)ガF(xiàn)場(chǎng)之前首先會(huì)查看軟件，帶著這些數(shù)據(jù)到現(xiàn)場(chǎng)幫助他們完成現(xiàn)場(chǎng)的維修維護(hù)工作。
能源管理辦公室可以安裝標(biāo)準(zhǔn)的HMI軟件，可以報(bào)告疏水器、空壓機(jī)冷凝水的能源管理情況。每個(gè)工廠都可以管理起來(lái)。有了這些數(shù)據(jù)，維修人員可以知道哪些設(shè)備需要清洗以及維護(hù)，以提高設(shè)備的能源利用效率。
機(jī)械健康監(jiān)視專家軟件可以分析馬達(dá)、泵、風(fēng)機(jī)、傳送帶等的震動(dòng)情況。例如，無(wú)線HART震動(dòng)傳感器可以檢測(cè)到振動(dòng)設(shè)備的震動(dòng)振幅過(guò)大，并將這一報(bào)警信息送到DCS。通過(guò)HART-IP可以將這些震動(dòng)數(shù)據(jù)送到資產(chǎn)管理專業(yè)分析軟件，有經(jīng)驗(yàn)的工程師可以進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用使得工程師在辦公室就能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的重要設(shè)備像渦輪機(jī)、壓縮機(jī)、泵等重要設(shè)備進(jìn)行管理。
工廠通常是在外面請(qǐng)疏水器的維修維護(hù)隊(duì)伍，這些外包公司的專家們使用專門的疏水器監(jiān)測(cè)軟件來(lái)監(jiān)測(cè)工廠中所有疏水器的工作狀態(tài)，疏水器的診斷信息通過(guò)通過(guò)HART-IP通訊協(xié)議，將信息送給維護(hù)人員，維修人員根據(jù)這些診斷信息在疏水器出現(xiàn)故障之前就可以很快地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免了能源的浪費(fèi)。
很多工廠都有信息管理系統(tǒng)PIMS，也被稱為歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。很多以前沒(méi)有辦法測(cè)量的測(cè)點(diǎn)可以通過(guò)普適測(cè)量的方式將這些信息送到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)除了可以獲得歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，也能接收無(wú)線HART網(wǎng)絡(luò)和其他數(shù)據(jù)源送來(lái)的數(shù)據(jù)，幫助我們用新視角來(lái)管理工廠。
普適測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以送到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)行分析，幫助我們更好的維護(hù)工廠，對(duì)資產(chǎn)監(jiān)視及能源管理起到了很大的幫助。對(duì)于機(jī)械健康監(jiān)視及疏水器的狀態(tài)監(jiān)視需要裝有專門的軟件才可以。
歷史數(shù)據(jù)庫(kù)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集的能力，長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)評(píng)加以分析。這常常被人們稱為大數(shù)據(jù)。通過(guò)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，人們能快速發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，采用合理的維護(hù)維修方法。
現(xiàn)代化智能工廠
許多工廠通過(guò)無(wú)線HART覆蓋全廠的過(guò)程單元，這可以滿足現(xiàn)代工廠的要求?，F(xiàn)代化工廠要求安裝更多的測(cè)點(diǎn)，很多是以前沒(méi)有辦法監(jiān)測(cè)到的。
事實(shí)上，無(wú)線技術(shù)的出現(xiàn)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)很好的補(bǔ)充，無(wú)線不能替代有線。無(wú)線技術(shù)幫助工廠很方便地獲得更多的傳感器數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)連接到已有的控制系統(tǒng)或?qū)ｉT的AMS軟件中來(lái)。
智能無(wú)線技術(shù)在現(xiàn)代化工廠的應(yīng)用，為EPC提供了新的商業(yè)機(jī)會(huì)?，F(xiàn)在很多工廠都已經(jīng)老化，原有的控制系統(tǒng)不能滿足工廠的要求，為了更好地管理工廠可以通過(guò)自動(dòng)化的第二層來(lái)實(shí)現(xiàn)。有了第二層管理網(wǎng)絡(luò)，使我們的工廠變得更加可靠，提高能源利用效率，更加環(huán)保也更安全。
對(duì)于一個(gè)新的工廠，已經(jīng)不再像以前那樣只管理DCS控制系統(tǒng)及ESD緊急停車系統(tǒng)這些PID中有的控制方案，而是從開(kāi)始就已經(jīng)搭建好了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包含網(wǎng)關(guān)的部署以及帶有專業(yè)分析軟件的資產(chǎn)管理系統(tǒng)。這樣，工廠就具備了快速安裝投產(chǎn)的能力，在今后的改建項(xiàng)目中也更加容易增加測(cè)點(diǎn)。
