智能傳感:增強對環境的感知
工廠安全可以通過相關人員對重要信息的適時獲取而得到加強。在這方面，智能傳感技術可以改進工廠人員的對環境的感知，進而提高操作效率和安全性。——Jonas Berge，艾默生過程控制公司應用技術總監
我們偶爾會在新聞中看到一些工廠的災難性事故報道，這些事故常常就是由于誤認為一個本來開啟的閥門是關閉的而引起。在換班時，信息沒有傳遞給新的班組人員。如果他們事先知道這個閥門是開啟的，如果他們事先知道這一條關鍵的信息，災難就不會發生。我們常常告訴自己說，如果我事先知道就好了，但是往往都只能有后見之明。
WirelessHART技術提供了一種增加重要的測點并把測量數據傳遞給操作員，以改進對環境的感知的方式。通過這種技術，使得他們可以更好地通過實際信息做出決策，而不是從其他過程數據推斷和猜測。采用這種技術的傳感器可以很方便地安裝在陳舊的工廠里。
提升對環境感知
IEC62591（WirelessHART）是用于過程行業無線技術的國際標準。它已經廣泛地在很多維護相關的應用中被使用，例如監測換熱器、風機、翅式風冷機、泵、閥門、以及其他資產的健康，同時也被用來降低操作巡檢次數。
這個標準同樣也通過提供給操作員新的視野來改進了操作。這使得他們可以通過調整流程來延長資產壽命，降低能源消耗，加強人員安全。
例如，泵的氣蝕現象如果不被發現，可能會導致泵的損壞，引起計劃外的停車，導致昂貴的維修或更換費用。如果工廠的操作員不知道泵存在氣蝕，就不能采取任何應對措施。
為了避免這樣的問題，可以安裝一個壓力變送器來測量泵的出口壓力。重要資產監測軟件通過計算和監視測量值的標準偏差來發現泵氣蝕前的早期信號。
不僅如此，具有PeakVue振動加速度檢測功能的振動變送器可以有效地在整體振動速度明顯加快前就發現將要發生的故障。
通過使用基于這些工具的泵監測方案，操作員就可以得到問題的早期警告。這就使得他們可以采取必要的過程調整來避免問題的發生，也就確保了更長的泵壽命和更少的停車。
以冷卻塔中的風扇為例。在冷卻塔具有多余的冷卻能力時，有時為了降低能耗，即使關掉一個或幾個風扇也是可以滿足冷卻需求的。雖然如此，操作員往往不會愿意關掉定速風扇，因為他們并不知道實際需要幾個冷卻單元，也不知道為變速風扇設定多少的速度才可以提供足夠的冷卻能力。
在這種情況下，可以使用變送器來給重要資產管理軟件提供輸入信息，進而對冷卻塔效率進行分析。這同時也給操作員提供了冷卻效率以及單元的熱負荷的信息。軟件可以建議操作員哪些定速風扇可以關閉，或是可以平衡變速風扇負載的最優速度設定。這么做的目標就是在提供足夠冷卻能力的情況下最小化電能消耗，也就降低了能源的消耗。
第三個例子與人員安全相關。當現場有化學物質濺灑到人員身上時，工人需要尋找安全淋浴和洗眼器站。受傷人員可能沒有能力在這同時通過對講電臺尋求幫助。因此其他人員就不會知曉，也不會跑來為受傷人員提供幫助。
通過在安全淋浴和洗眼器上安裝開關量變送器，控制室內的操作員就可以在這些設備被使用的第一時間知曉。于是他們就可以呼叫急救人員去為受傷者提供幫助，也就縮短了反應時間。
第四個例子是一些偏遠的現場，例如海上無人平臺以及由于無法供電而沒有監測或自動化手段的井場。中控的操作員如果不來到偏遠的現場就無法知道哪一口井在生產，哪一口是停產。而人員的巡檢由于時間、成本限制以及以及行程中可能存在的風險而不可能很頻繁。
同樣的，在注水和化學試劑的井口現場或是通過氣舉和水洗提高采收率的現場，操作員通常都看不到是多少的注射增加了產量。所以他們也就無法通過優化注射流程來改進生產和降低消耗。
盡管如此，通過在每一個井口安裝壓力、差壓以及溫度變送器可以使得操作員在中控區域就監測到生產和注射流程。通過對哪些井在生產、哪些停產，以及產量如何隨著注射而變化的感知，可以優化生產，降低消耗。還可以實施其它的一些測量，例如測量截止閥的閥位或是測量套壓來監測泄露，以及分離器和儲罐的監測。
最后，操作員通常無法判斷手動閥門的實際閥位，除非到現場實地查看閥門是開啟還是關閉。一個經驗豐富的操作員有時可以通過其它過程測量值來說出閥門是開還是關，但是沒有什么經驗的操作員做不到這一點。
如果閥門處在錯誤的位置上，有時就會發生失誤或事故。但是如果在重要的閥門上加裝閥位反饋變送器，操作員就能得到閥位的真實位置反饋，知道閥門處于什么狀態。
簡而言之，WirelessHART技術提供了一系列的方式去增加我們對環境的感知，因此操作員就可以獲得更多的信息，做出更好的決策。
適用于任何系統
要獲得這些WirelessHART帶來的好處，通常需要將他們帶來的信息集成進入控制系統中。特別是對于大規模的工廠和具有1000個以上無線變送器的現場。
但是如果現有的控制系統不能提供內置的WirelessHART支持呢？我們依然可以通過在資產管理系統中的智能設備管理軟件來進行全廠范圍的智能傳感器管理。那么，用戶又通過怎樣的方式才能把信息傳遞給需要的地方呢？
幸運的是，Modbus/RTU，Modbus/TCP，OPC以及HART-IP協議使得過程變量集成入系統成為可能。HART-IP也可以讓所有的來自WirelessHART變送器的設置和診斷信息進入任何系統。
過程變量的集成
來自變送器的過程變量可以在諸如集散控制系統（DCS）、可編程邏輯控制器（PLC）或是遠程終端系統（RTU）的控制系統中被用到。它們也可以在諸如人機界面（HMI）或是資產監視、機械健康監視、歷史采集系統等軟件中被直接使用。既然有那么多的方式可以通過網關得到程變量，那么就沒有系統會因為過于陳舊而不能得到數據。
集成的一個方法就是通過RS485電纜將網關連接進入具有支持Modbus/RTU協議的串行接口卡的主機系統中去。很多個網關可以連接入同一個RS485網絡以支持全廠范圍應用。這是將標準信號接入陳舊的控制系統的最常見方式。
每個變送器需要被用到的過程變量和狀態信息都在網關內選擇。導入和導出功能使得批量編輯和系統配置變得更快捷。
以太網提供了第二種選擇。它支持多種協議，可以用網關上的同一個網口集成接入具有以太網接口卡的主機系統。多個網關可以被接入相同的以太網以支持全廠范圍應用。例如，它們可以接入支持Modbus/TCP協議的系統。這是對于現代的控制系統最常用的方式。
對于某些品牌的PLC，網關上的以太網接口還可以用來通過EtherNet/IP協議接入。
OPC-DA是第三種可用協議。OPC是兩個軟件應用之間通訊的協議。操作站上的OPC代理/服務器軟件可以與網關通訊，使得諸如HMI軟件或系統數據庫這樣的OPC-DA客戶端可以讀取數據。
智能設備管理的集成
變送器可以在智能設備管理軟件中進行管理，以便進行日常維護和大修計劃。這包括兩個方面：從設備獲取信息傳遞到軟件系統，以及在軟件系統中顯示或使用這些信息（特別是對于設備來自不同生產廠家的情況）。可以使用和4~20mA/HART以及基金會現場總線設備相同的手持式通訊設備來配置和檢查傳感器健康狀況。但是對于大量的變送器的安裝，最好是使用集中式的監測方式。Modbus，EtherNet/IP以及OPC-DA適合傳輸過程變量，但是并不支持傳輸診斷信息進入智能設備管理軟件。
HART-IP協議提供了從第三方系統的智能設備管理軟件上獲取變送器上除了過程變量之外的所有配置和診斷信息的方法。
HART-IP協議采用和Modbus/TCP，EtherNet/IP以及OPC-DA相同的以太網線。它同時也使用和4-20 mA/HART以及WirelessHART相同的標準命令，因此不需要網關到軟件的數據映射。這就使得即使管理大量變送器的巨量配置信息也非常輕松。
有兩種方式可以在智能設備管理軟件中圖形化地顯示設備配置和診斷數據：電子設備描述語言（EDDL）以及現場設備工具/設備類型管理器（FDT/DTM）。
對于基于EDDL設備集成技術的IDM軟件，可以輕松下裝每個設備的EDDL文件。這使得IDM軟件可以通過HART-IP在網關上獲取變送器的所有信息。
對于基于FDT/DTM設備集成技術的IDM軟件，可以安裝網關的commDTM和gatewayDTM文件，以及每個設備的deviceDTM文件。這樣就使得IDM軟件可以通過HART-IP在網關上獲取變送器的所有信息。
使技術產生成效
現在可以通過流量、液位、閥位反饋、pH、電導率、振動、溫度、壓力、聲波以及液位開關和開關量變送器來提供給操作員過去所沒有得到的視野。這些通常是P&ID圖紙之外的應用。
感謝WirelessHART網關，工廠里不具備內置WirelessHART支持功能的系統也可以通過技術帶來的能力獲利。帶來的結果是維護成本的降低、能源節省以及產量的提高。
為了開始工廠的現代化改造，可以首先安排一次對工廠資產和現有工作模式的調研，以確定在哪里可以增加對資產和生產流程的監測。
