智能儀表的自動化之路
更新時間：2015-06-09 瀏覽次數(shù)：1712
近些年來，智能現(xiàn)場設(shè)備的發(fā)展一直是大家喜歡討論的話題。絕大多數(shù)的討論集中在變送器新增的功能上，同時也有人抱怨控制系統(tǒng)要獲得額外的信息是何等的困難，究其原因可能是老舊的設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)這樣的需求。
這類問題的出現(xiàn)是與制造業(yè)工廠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀息息相關(guān)的。大多數(shù)運(yùn)行幾年以上的生產(chǎn)裝置自從zui初建設(shè)以來，使用了各式各樣的自動化設(shè)備。而正如“木桶原理"一樣(一只水桶能裝多少水取決于zui短的那塊木板)，系統(tǒng)的整體性能不會優(yōu)于其zui老舊設(shè)備的性能。這種情況在那些采用普通模擬量的現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中很常見。
控制系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)在相當(dāng)長的時期內(nèi)提供比簡單的模擬量I/O復(fù)雜得多的各種功能。盡管許多公司依然使用這老舊落后的儀表系統(tǒng)，但是支持HART的I/O已經(jīng)問世數(shù)年了。大多數(shù)按照HART設(shè)備及設(shè)施的方式進(jìn)行裝備的公司自從上世紀(jì)九十年代開始就使用了HART5。的情況是，幾個主要的系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)推出了可以通過軟件或者硬件模塊進(jìn)行修改的可配置I/O。南京金諾儀表有限公司。
這種可配置I/O為用戶提供了的功能，從而可以與智能設(shè)備進(jìn)行互動并實現(xiàn)所有它們能提供的好處?？膳渲肐/O可以與那些變得越來越普遍的HART6和HART7變送器進(jìn)行全面的互動，并利用所有的診斷數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)與設(shè)備之間的雙向通訊。
包括許多諸如煉油廠經(jīng)營者在內(nèi)的過程行業(yè)大型企業(yè)，都把這看做可以*簡化未來項目的一種重要技術(shù)進(jìn)步。具有先進(jìn)的HART功能的設(shè)備可提供精密的通訊路徑，且其實施成本比較低，故障診斷更簡單，靈活性也要大得多。
一個巨大的進(jìn)步
自動化是支撐過程工藝的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，設(shè)計自動化系統(tǒng)的人必須要滿足化學(xué)工程師以及其他過程工藝設(shè)計人員的需求。如果其中一個元素發(fā)生了改變，自動化系統(tǒng)必須要根據(jù)改變而調(diào)整，因為這種改變可能打亂所有的事物，并使自動化系統(tǒng)成為一個項目的zui關(guān)鍵的通路。差壓式流量計目前市面上的自動化硬件及系統(tǒng)并不是都可以根據(jù)那些新的變化而輕易的進(jìn)行調(diào)整的。
大多數(shù)的自動化設(shè)備是根據(jù)特定的應(yīng)用設(shè)計的，因此是高度個性化的。這就使其價格昂貴，改變的成本高，需要的工程量大，并需要大量的文檔和測試工作。如果能夠使用具有更少通訊方式和協(xié)議更加標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)貨設(shè)備，會帶來巨大的幫助。
很多用戶對于已經(jīng)投入市場的新款可配置I/O系統(tǒng)非常熱衷。他們通過這樣的系統(tǒng)看到供貨商真的在傾聽他們的聲音，并且愿意在靈活性方面獲得更大的進(jìn)步。有兩件HART功能儀表用戶反復(fù)提到并想要擺脫的事情：編組柜和HART多路復(fù)用器?？膳渲肐/O可以擺脫二者。
那么問題究竟是什么?
如實的說，這些先進(jìn)性被認(rèn)為是絕妙的。但是一直存在的問題是設(shè)備的設(shè)置。在過去數(shù)年間，一臺典型智能設(shè)備需要設(shè)定的參數(shù)數(shù)量顯著增加。需要通過鍵盤進(jìn)行設(shè)置的人員要處理這樣的狀況必須面對沒完沒了的問題和解答。不同設(shè)備的具體參數(shù)量有差別，不過總是要花費(fèi)一些時間來設(shè)定。
有一些用戶與供貨商一起研制預(yù)先設(shè)置設(shè)備。當(dāng)用戶收到設(shè)備時，變送器已經(jīng)具備了量程、工程單位和報警等等，因此可以做到即插即用。這些工作在你需要預(yù)定設(shè)備的時候，即在整個過程的早期階段就為你提供了所有需要的信息。這也意味著從設(shè)備訂貨到安裝調(diào)試之間設(shè)置規(guī)范是不能改變的。這些限定條件降低了這種方式的實用性。
有一些用戶會問，“我們?yōu)槭裁床荒茏屜到y(tǒng)來替我們執(zhí)行設(shè)置工作?控制系統(tǒng)擁有所有關(guān)于它需要從已知現(xiàn)場設(shè)備所要獲取的信息。它知道PT215的量程是0-30psi，而且在25psi的時候會觸發(fā)報警等等。所有這些信息都能在系統(tǒng)中找到，并且是隨時更新的。為什么技術(shù)人員必須看著這些信息并手動輸入到設(shè)備里面?"
近日，?？松梨陂_發(fā)公司的儀表和控制咨詢師TimmMadden為橫河電機(jī)的用戶群做了一個題目為“它就這樣發(fā)生了"的報告。他講到了公司在煉油項目中采用很多種方法努力不使自動化成為關(guān)鍵路徑。其目標(biāo)是讓人們看不到自動化。幾乎不會出現(xiàn)那些不知道從哪里冒出來的問題，自動化系統(tǒng)從問題的萌芽時期就開始解決了。
?？松梨诠驹谔幚碜詣踊瘑栴}方面是比較有名的公司，同時也給供貨商們提出了很多挑戰(zhàn)。Madden的報告中有一些是關(guān)于技術(shù)的，其他一些是關(guān)于程序化的，同時他也花了相當(dāng)多的時間談?wù)撝悄茉O(shè)備的設(shè)置。他介紹了?？松梨诠菊谑褂玫囊惶酌麨椤癉ICED"的系統(tǒng)。
Madden還指出?？松梨诠鞠胍獙τ布M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并通過軟件來實現(xiàn)所有個性化的項目需求。配備有可配置I/O的現(xiàn)場機(jī)柜應(yīng)該是有庫存的、短時間內(nèi)可以發(fā)貨的、經(jīng)過全面測試的、即裝即用的設(shè)備。全部的信息都通過網(wǎng)絡(luò)從控制系統(tǒng)獲取，因此實際上技術(shù)人員除了連接設(shè)備電纜以外什么都不需要做。全部都是通過預(yù)先測試的，而且所需的文檔數(shù)量也會極大地減少。
他說在現(xiàn)場安裝這樣的智能I/O機(jī)柜除了一條連接控制中心的光纜和冗余供電以外，什么都不需要了。對于現(xiàn)場設(shè)備，老式的編組柜需要從每臺設(shè)備到控制系統(tǒng)必須要有15到25條接線端子，而現(xiàn)在只需要5個：設(shè)備端2個，機(jī)柜端3個。埃克森美孚公司沒有采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，而是更青睞于HART設(shè)備。Madden的論點(diǎn)是采用這種智能I/O機(jī)柜的方式，使得區(qū)分在現(xiàn)場使用的技術(shù)是HART還是現(xiàn)場總線已經(jīng)不再重要，系統(tǒng)架構(gòu)以及所能獲得的功能性基本上是一樣的。
現(xiàn)實與設(shè)想的差距
支撐“DICED"系統(tǒng)所必須的技術(shù)目前還不存在。但是我們距離它還有多遠(yuǎn)呢?埃克森美孚公司相信HART6和HART7變送器現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)，新的I/O系統(tǒng)應(yīng)該可以支持它。在準(zhǔn)備這篇文章的過程中，本文作者向四個主要生產(chǎn)儀表和可配置I/O的供貨商提出了一個問題，“我們距離實現(xiàn)它還有多遠(yuǎn)?"結(jié)果沒人回答。
有可能這方面的研究已經(jīng)比我們了解的進(jìn)展的更多，或者有些供應(yīng)商們正在嘗試不同的方法，但是其目標(biāo)是類似的。我們把答案交給時間吧。
智能設(shè)備的設(shè)置
根據(jù)?？松梨陂_發(fā)公司的儀表和控制咨詢師Timm Madden的設(shè)想，當(dāng)使用DICED(每個字母的含義見下文)這種方式時，并且將新的HART6或HART7設(shè)備通過可配置I/O與控制系統(tǒng)連接起來后會進(jìn)行如下過程：
檢測(D)-當(dāng)一臺新的HART設(shè)備連接到可配置I/O時，I/O通道會檢測到電流正流往之前沒有流往的方向。那意味著加入了一臺新的設(shè)備。
詢問(I)-I/O通道將要求提供設(shè)備標(biāo)簽的HART指令傳送。具有HART功能的設(shè)備將其標(biāo)簽名稱回傳。如果新裝的設(shè)備不是HART功能設(shè)備，比如一臺截止閥，那么很顯然它沒辦法響應(yīng)發(fā)出來的要求。在這種情況下，DICED過程終止，但是仍然會給用戶生成一份報告，用來通知用戶現(xiàn)場接線發(fā)生了變化，很可能是安裝了一個新的DI或DO設(shè)備。
配置(C)-一旦系統(tǒng)已經(jīng)檢測到并認(rèn)定有一臺新的HART功能設(shè)備，系統(tǒng)可以設(shè)置其工程范圍、工程單位以及其他設(shè)置信息。我們的計劃是購買那些只進(jìn)行過標(biāo)簽預(yù)配置的現(xiàn)場設(shè)備，再由通常具有數(shù)據(jù)的系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的配置。
啟用(E)-我們假定現(xiàn)場設(shè)備已經(jīng)由系統(tǒng)進(jìn)行了配置并且成為某個特定控制策略的一部分。要注意的是我們的項目執(zhí)行過程基于這樣的假設(shè)：我們會在一個虛擬環(huán)境下完成大多數(shù)的設(shè)計、配置和測試工作，但是我們可能不會知道每一個現(xiàn)場設(shè)備是通過哪個I/O通道進(jìn)行設(shè)置的。
因此在這個步驟，系統(tǒng)會知道新設(shè)備連接到哪個I/O通道上，并制定控制策略和現(xiàn)場設(shè)備之間的邏輯。一旦這個完成，現(xiàn)場設(shè)備和與之相關(guān)聯(lián)的邏輯就啟動使用了。
文檔(D)-假設(shè)上面的所有步驟都成功完成，我們期待系統(tǒng)會將這個成功通過事件記錄來發(fā)出報告。我們期待的愿景是我們可以將目前需要紙質(zhì)文件夾和大量的實地考察的現(xiàn)場調(diào)試過程極大地簡化。
我們同樣相信系統(tǒng)可以將目前由一個工程師或操作員坐在控制臺前通過無線電與現(xiàn)場團(tuán)隊而進(jìn)行的測試工作做到自動化。例如，如果檢測到的設(shè)備是一臺控制閥，我們可以向該閥發(fā)出一個模擬量輸出并通過HART讀取其位置。因此我們可以認(rèn)定這個閥工作正常，沒有卡住，它的故障模式(故障打開或關(guān)閉)正確，以及其位置在其行程范圍內(nèi)也是正確的。
我們的一個觀點(diǎn)是所有需要執(zhí)行DICED的電子線路都包含在可配置的I/O模塊當(dāng)中?，F(xiàn)在的問題是讓軟件發(fā)揮作用從而才能充分利用這個硬件。請注意，DICED并沒有要求現(xiàn)場設(shè)備本身進(jìn)行改變。
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