智能儀表的自動化之路
更新時間：2015-06-09 瀏覽次數(shù)：1889
近些年來，智能現(xiàn)場設備的發(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備層網(wǎng)絡這樣的需求。
這類問題的出現(xiàn)是與制造業(yè)工廠的工業(yè)網(wǎng)絡現(xiàn)狀息息相關的。大多數(shù)運行幾年以上的生產(chǎn)裝置自從zui初建設以來，使用了各式各樣的自動化設備。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老舊設備的性能。這種情況在那些采用普通模擬量的現(xiàn)場設備網(wǎng)絡中很常見。
控制系統(tǒng)供應商已經(jīng)在相當長的時期內提供比簡單的模擬量I/O復雜得多的各種功能。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設備及設施的方式進行裝備的公司自從上世紀九十年代開始就使用了HART5。的情況是，幾個主要的系統(tǒng)供應商已經(jīng)推出了可以通過軟件或者硬件模塊進行修改的可配置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，從而可以與智能設備進行互動并實現(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)與設備之間的雙向通訊。
包括許多諸如煉油廠經(jīng)營者在內的過程行業(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進步。具有先進的HART功能的設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。
一個巨大的進步
自動化是支撐過程工藝的基礎設施。因此，設計自動化系統(tǒng)的人必須要滿足化學工程師以及其他過程工藝設計人員的需求。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行調整的。
大多數(shù)的自動化設備是根據(jù)特定的應用設計的，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)議更加標準的現(xiàn)貨設備，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步。有兩件HART功能儀表用戶反復提到并想要擺脫的事情：編組柜和HART多路復用器?？膳渲肐/O可以擺脫二者。
那么問題究竟是什么?
如實的說，這些先進性被認為是絕妙的。但是一直存在的問題是設備的設置。在過去數(shù)年間，一臺典型智能設備需要設定的參數(shù)數(shù)量顯著增加。需要通過鍵盤進行設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。不同設備的具體參數(shù)量有差別，不過總是要花費一些時間來設定。
有一些用戶與供貨商一起研制預先設置設備。當用戶收到設備時，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定設備的時候，即在整個過程的早期階段就為你提供了所有需要的信息。這也意味著從設備訂貨到安裝調試之間設置規(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)行設置工作?控制系統(tǒng)擁有所有關于它需要從已知現(xiàn)場設備所要獲取的信息。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。為什么技術人員必須看著這些信息并手動輸入到設備里面?"
近日，埃克森美孚開發(fā)公司的儀表和控制咨詢師TimmMadden為橫河電機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鍵路徑。其目標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于技術的，其他一些是關于程序化的，同時他也花了相當多的時間談論智能設備的設置。他介紹了?？松梨诠菊谑褂玫囊惶酌麨椤癉ICED"的系統(tǒng)。
Madden還指出埃克森美孚公司想要對硬件進行標準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)場機柜應該是有庫存的、短時間內可以發(fā)貨的、經(jīng)過全面測試的、即裝即用的設備。全部的信息都通過網(wǎng)絡從控制系統(tǒng)獲取，因此實際上技術人員除了連接設備電纜以外什么都不需要做。全部都是通過預先測試的，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)場設備，老式的編組柜需要從每臺設備到控制系統(tǒng)必須要有15到25條接線端子，而現(xiàn)在只需要5個：設備端2個，機柜端3個。?？松梨诠緵]有采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，而是更青睞于HART設備。Madden的論點是采用這種智能I/O機柜的方式，使得區(qū)分在現(xiàn)場使用的技術是HART還是現(xiàn)場總線已經(jīng)不再重要，系統(tǒng)架構以及所能獲得的功能性基本上是一樣的。
現(xiàn)實與設想的差距
支撐“DICED"系統(tǒng)所必須的技術目前還不存在。但是我們距離它還有多遠呢??？松梨诠鞠嘈臜ART6和HART7變送器現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)，新的I/O系統(tǒng)應該可以支持它。在準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?"結果沒人回答。
有可能這方面的研究已經(jīng)比我們了解的進展的更多，或者有些供應商們正在嘗試不同的方法，但是其目標是類似的。我們把答案交給時間吧。
智能設備的設置
根據(jù)埃克森美孚開發(fā)公司的儀表和控制咨詢師Timm Madden的設想，當使用DICED(每個字母的含義見下文)這種方式時，并且將新的HART6或HART7設備通過可配置I/O與控制系統(tǒng)連接起來后會進行如下過程：
檢測(D)-當一臺新的HART設備連接到可配置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備。
詢問(I)-I/O通道將要求提供設備標簽的HART指令傳送。具有HART功能的設備將其標簽名稱回傳。如果新裝的設備不是HART功能設備，比如一臺截止閥，那么很顯然它沒辦法響應發(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設備。
配置(C)-一旦系統(tǒng)已經(jīng)檢測到并認定有一臺新的HART功能設備，系統(tǒng)可以設置其工程范圍、工程單位以及其他設置信息。我們的計劃是購買那些只進行過標簽預配置的現(xiàn)場設備，再由通常具有數(shù)據(jù)的系統(tǒng)對現(xiàn)場設備進行相應的配置。
啟用(E)-我們假定現(xiàn)場設備已經(jīng)由系統(tǒng)進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：我們會在一個虛擬環(huán)境下完成大多數(shù)的設計、配置和測試工作，但是我們可能不會知道每一個現(xiàn)場設備是通過哪個I/O通道進行設置的。
因此在這個步驟，系統(tǒng)會知道新設備連接到哪個I/O通道上，并制定控制策略和現(xiàn)場設備之間的邏輯。一旦這個完成，現(xiàn)場設備和與之相關聯(lián)的邏輯就啟動使用了。
文檔(D)-假設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文件夾和大量的實地考察的現(xiàn)場調試過程極大地簡化。
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)場團隊而進行的測試工作做到自動化。例如，如果檢測到的設備是一臺控制閥，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。因此我們可以認定這個閥工作正常，沒有卡住，它的故障模式(故障打開或關閉)正確，以及其位置在其行程范圍內也是正確的。
我們的一個觀點是所有需要執(zhí)行DICED的電子線路都包含在可配置的I/O模塊當中。現(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)場設備本身進行改變。
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