因為人力資源有限,儀表人員一般沒有足夠的時間去手動檢查、清潔或維護工廠里的所有過程設備來防止故障和停車。僅靠現(xiàn)有的已經(jīng)在P&ID圖中設計的、基于有線控制方式實現(xiàn)的基礎層的自動化方式,已經(jīng)不能滿足需求了。因此,應用我們稱之為”P&ID圖之外的”第二層自動化,即采用無線通訊方式來彌補過去缺失的測量點,實現(xiàn)過程設備的自動化檢測,可以讓維護部門的效率得到提高。
人們不希望無線儀表的應用改變儀表人員的現(xiàn)有工作方式,因此,HCF 基金會推出了IEC62591(WirelessHART)標準,使得我們可以采用和以往維護有線HART設備及現(xiàn)場總線設備相同的手操器來配置和校準無線變送器。
過程設備出現(xiàn)管道堵塞和設備故障的影響很大。生產(chǎn)裝置不得不通過減產(chǎn)或停車來使設備得到清潔或維修。如果發(fā)生在主裝置上,則會嚴重地影響生產(chǎn)。而且,維修這些設備成本很高,這也使維護資源變得緊張。
能源使用效率的降低使得燃料耗費增加。從另一方面來說,為了防止堵塞或故障,過早地停車去清潔過程設備也會增加停車時間、耗費人力、提高維護成本。更有甚者,在不明確設備健康狀態(tài)時,如果使用有限的人力物力去維護原本處于健康的設備,也可能會使真正需要維護的設備被忽略。
大部分的生產(chǎn)裝置都只采用了安全生產(chǎn)所必需的儀表。但是在不清楚過程設備狀態(tài)的情況下,很難有效地安排維護工作。這些過程設備中的大多數(shù)都只是周期性地得到檢查,這就使得操作人員和維護人員得不到足夠的設備健康信息。通常這些設備都是采用一種預防性方案來維護:即我們常說的“定期維修”。
世界各地的工廠現(xiàn)在正在陸續(xù)地為他們的過程設備增加傳感器,以期得到初始設計時缺失的測點,來幫助工藝工程師、維護和可靠性部門的人員了解過程設備運行狀態(tài)。更多的工廠正在通過無線技術(shù)來實現(xiàn)他們的資產(chǎn)管理自動化。
無線變送器的安裝只需要最少的工作量和資源,因為無線技術(shù)不需要打開電纜槽和接線盒來安裝,由于減少了在生產(chǎn)區(qū)域工作時間,也減少了人員安全的隱患。
儀表的原始數(shù)據(jù)被采集上來,應用預制的資產(chǎn)健康軟件進行數(shù)據(jù)整合和分析,資產(chǎn)健康軟件包括了對泵、熱交換器、空冷交換器、冷卻塔、風機、未監(jiān)測的壓縮機、過濾器以及管線和容器而預制的分析軟件,其中嵌入了多參數(shù)的算法,可以非常專業(yè)和直觀的提供資產(chǎn)健康狀態(tài)信息。
同樣的,對于諸如帶有閥門診斷信息的控制閥定位器和帶有計量功能的流量計等智能儀表,如果過去沒有通過數(shù)字化的方式將它們接入控制系統(tǒng)中,現(xiàn)在也可以通過加裝無線適配器的方式將健康診斷信息集成進入智能設備管理軟件。
例如,采用無線適配器后,可以在調(diào)節(jié)閥都投用的情況下進行全面的檢查,確定哪些需要大修而哪些不需要,這樣就極大地方便了檢修的計劃和執(zhí)行。
對于流量計,我們可以在它正在使用的情況下就對其進行評估,找出哪些流量計需要校準。通過這樣的方式,需要維修的閥門和需要校準的流量計就可以在大修期間得到維護,避免了在生產(chǎn)期間將它們拆下來,確保了更長的“在線時間”:也就提高了設備在管線或容器上工作的時間,減少了在車間里維護的時間。
無線傳感器幫助降低測試和巡檢的操作次數(shù)。通過“首先在軟件中檢查”的方式,維護小組可以通過使用無線傳感器送來的資產(chǎn)健康信息而實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動型的“桌面維護”計劃,以更好地安排日常維護工作,使得在工廠中降低非計劃減產(chǎn)和停車、節(jié)省能源、降低維護成本成為可能。
技術(shù)人員可以在他們的電腦上就確定泵等資產(chǎn)的健康運行狀況,這就省去了跑到現(xiàn)場檢查的麻煩和預防了大修對對生產(chǎn)造成的中斷。
另外,在發(fā)生故障時,維護技術(shù)人員可以在去現(xiàn)場維護前,就有針對性地在獲取過程設備的相關(guān)信息(如通過網(wǎng)上搜索),了解問題的所在以及解決方案。
無線技術(shù)的應用是工業(yè)領域測量發(fā)展的趨勢,未來將在過程設備上安裝更多的無線傳感器,以獲取更多的在初始設計甚至技改設計中都未涉及到的測點。
另外,為了增進設備的長期可靠性,降低巡檢次數(shù),無線技術(shù)同樣提供了關(guān)于能源節(jié)省計量以及安全噴淋、安全洗眼器等HS&E設備的監(jiān)測方式。
傳感器數(shù)量的增加也使得工廠中儀表的數(shù)量增加,這樣,使用HART以及開關(guān)量信號變送器配備I/O卡件的方式變得不切實際。因此工廠改為采用數(shù)字化通訊網(wǎng)絡的方式,現(xiàn)場配置數(shù)字化傳感器,無線通訊就成為在現(xiàn)有工廠里采用數(shù)字化傳感器網(wǎng)絡的最簡便方式。
通過網(wǎng)關(guān)接口,WirelessHART可以無縫集成到任何支持Modbus/RTU、Modbus/TCP、Ethernet/IP或是OPC的系統(tǒng)中。也就是說,原有系統(tǒng)不會因為版本太低而不能集成WirelessHART,這樣,就沒有必要去為了使用WirelessHART而替換或升級現(xiàn)有的控制系統(tǒng)。甚至無線網(wǎng)關(guān)也并不一定需要來自系統(tǒng)供貨商。
無線網(wǎng)絡的現(xiàn)代化改造可以逐步進行,比如作為全廠現(xiàn)代化改造項目的一部分進行,項目從現(xiàn)有現(xiàn)場的調(diào)研開始,隨后進行范圍界定、詳細設計、安裝和調(diào)試。
對于全廠現(xiàn)代化改造項目,原來的EPC設計可以很好地支持大范圍的升級,因為原始的等距管線圖、3D模型以及其他文檔可以降低傳感器的機械安裝工程量。
這樣一來,諸如振動、溫度和聲波的傳感器采用非侵入式安裝,就只需要極小的機械安裝工程量便能完成。當新建工廠項目較少時,EPC可以派出更多的資源去進行工廠的現(xiàn)代化改造。
數(shù)字傳感器網(wǎng)絡,特別是無線網(wǎng)絡的絕妙之處在于,增加每一個傳感器不需要單獨的接線和I/O通道,因此網(wǎng)絡的擴展非常簡便。
一體化的無線變送器包括壓力、流量、液位、閥門開度、pH、電導率、開關(guān)觸點、振動、溫度、多點溫度,以及聲波、液位開關(guān)、開關(guān)閥執(zhí)行機構(gòu)變送器以及有線設備的無線適配器等。
以上所有的設備都可以存在于同一個無線網(wǎng)絡中,組態(tài)指定的更新速率以符合特定的應用和最大化電池壽命的要求。多點溫度變送器減少了溫度變送器的數(shù)量,特別適合熱交換器以及鍋爐管道監(jiān)測,這類多參數(shù)設備非常適合使用數(shù)字通訊而不適合使用原有HART傳統(tǒng)單參數(shù)儀表。
WirelessHART設備對于維護部門來說很有幫助。但是技術(shù)人員如此之快地接受使用無線變送器還有一個原因:無線變送器本身非常易于使用。
就如同具有HART功能的HART變送器以及基金會現(xiàn)場總線設備一樣,無線變送器也需要配置/組態(tài)、校準以及維護/診斷。為了安全地加入無線網(wǎng)絡,無線變送器也需要做配置工作。
也就是說,在無線變送器上的操作幾乎和在HART或基金會現(xiàn)場總線變送器上的一樣。因此,無線變送器使用和HART以及基金會現(xiàn)場總線一樣的工具,使得學習WirelessHART變得簡單。
無線變送器在加入無線網(wǎng)絡之前,需要設置網(wǎng)絡ID和安全接入密碼,這個過程稱為配置。因為安全的原因,配置工作需要保密,因此并不是無線地進行的。配置工作完成后,無線變送器就具有了安全無線通訊所必需的安全性認證。
對于WirelessHART來說,加入密碼可以由系統(tǒng)自動生成,所以用戶不用手動的去生成密碼,密碼也不會被別人看見。網(wǎng)絡內(nèi)的所有變送器的加入密碼可以相同,也可以各個變送器采用單獨的密碼,這也就是被稱為接入控制列表(ACL)的安全模式。
一旦WirelessHART變送器加入了網(wǎng)絡,系統(tǒng)就會自動地按照標簽探測變送器。完全不需要傳輸任何“配置文件”給網(wǎng)關(guān)。如果WirelessHART的網(wǎng)絡ID變化了,網(wǎng)關(guān)會自動地通知網(wǎng)絡內(nèi)所有變送器。因此不需要再對變送器做配置。
因此,所有的WirelessHART變送器都有一個標準的維護接口,我們所熟悉的用于HART和基金會現(xiàn)場總線設備的調(diào)試、配置、校準和診斷的手持配置器以及筆記本上的軟件都可以連接這些接口進行配置。
同樣的工具可以用于所有的WirelessHART變送器,和廠商無關(guān),因此技術(shù)人員就不需要去熟悉新的工具和軟件。每個生產(chǎn)廠商的特殊的紅外工具對于WirelessHART來說就不需要了,技術(shù)人員也不需要攜帶沉重的筆記本去現(xiàn)場工作,而只需要帶一個輕便的手持設備就可以了。
手持設備同時也具有可單手操作和電池壽命長的優(yōu)點。即使是制式的用于HART和基金會現(xiàn)場總線設備的校準器也可以用于WirelessHART設備。
使用相同的配置工具來配置WirelessHART變送器的另一個好處是,WirelessHART設備采用的設置/組態(tài)、校準以及診斷方式與HART和基金會現(xiàn)場總線設備相同。工廠已經(jīng)具有了這些工具,而且技術(shù)人員已經(jīng)熟知如何去使用它們。
HART、基金會現(xiàn)場總線以及WirelessHART都使用電子設備描述語言(EDDL)。借助于電子設備描述語言EDDL(www.eddl.org),HART、基金會現(xiàn)場總線以及WirelessHART具有非常相似的用戶界面。這使得管理混合的設備非常簡單,即便他們使用的是不同的信號傳輸方式。
為了保證設備的類型和版本都是最新的,需要為設備下載EDDL文件到系統(tǒng)。下載和更新的步驟對于WirelessHART、HART以及基金會現(xiàn)場總線設備都是一樣的。
為現(xiàn)有工廠安裝HART或開關(guān)量信號傳感器可能會影響生產(chǎn),而且?guī)砥茐墓S現(xiàn)有設備的危險。因此對于P&ID圖之外的應用的第二層自動化,無線方式可以很好地替代傳統(tǒng)的硬接線方式。WirelessHART可以加快部署,使得在短暫的檢修期甚至是工廠運行時期可以低風險地部署第二層自動化系統(tǒng)。這種維護的現(xiàn)代化改造不會影響過程控制、報警或安全系統(tǒng)—它是第二層的自動化系統(tǒng),超越于P&ID之外。
維護部門對WirelessHART變送器帶來的資產(chǎn)健康信息情有獨鐘,因為它消除了不必要的維護工作,而且WirelessHART變送器不需要工廠已有的HART和現(xiàn)場總線設備所用工具之外的特殊工具,易于安裝和使用。