艾默生无线技术在工厂中的应用

　　艾默生过程管理亚太区 PlantWeb顾问 Jonas Berge

　　很多工厂已经安装使用了大量的智能设备，这些智能仪表可为操作人员、技术人员、检验人员、工程师或工厂管理人员提供数以百计的参数信息，只有当这些有用的过程和仪表数据被及时传递给适当的人，它的价值才得以真正体现。

　　由于能够及时为操作和维护人员提供可操作的有用信息，工厂的效率将大大提高。将工程、组态、维护和操作显示等有效整合到工厂数控中心的操作和维护工作站中，可使工作人员方便地获得现场智能信息，从而提高工厂性能。

　　增强型的电子设备描述语言（EDDL）是实现设备与工厂结构无缝整合的关键技术，它使智能设备的使用变得前所未有的方便。

　　绊脚石

　　工厂希望能够充分利用智能设备的诊断信息，但是在以前由于种种原因，人们很难实现这一目标。

　　其实所有的智能设备都能够利用内置的自诊断功能对自身状态进行连续监测，而数字自动化和资产管理系统则又可对这些自诊断信息进行连续监测，但是老系统不能做到这点，它无法获取设备的诊断信息。

　　这是由于在某些系统中I/O卡采用专有的设备通讯协议，而在另一些系统中根本就没有实现设备通讯。仅管工厂中的设备一般都是通过HART通讯协议进行通讯的，但是专有系统依然无法获取设备的智能信息，因而这些诊断信息就在设备中搁浅了。

　　很多现代化的控制系统均可支持HART、Foundation总线等开放的通讯协议，配合使用设备管理软件就能获取可执行的诊断信息。

　　另外，如果诊断信息仅仅显示在维护操作站上，是不能够及时传达给维护人员的，因为一般维护工作人员都在现场而不是电脑前，在这种情况下操作人员需要回到操作台后才能打开详细的设备诊断信息，看到设备报警。

　　第三种信息搁浅的情况是设备或设备管理软件操作不够方便。

　　一体化的设备管理

　　为了实现有效的设备管理，控制系统必须能够对所有的设备进行调试、开车和维护。 这项功能应该集成到控制系统和工作站中。

连接

　　为了能与工厂的现场仪表互操作，控制系统需要配置HART I/O卡件或Foundation现场总线接口卡来实现设备与智能设备管理软件之间的通讯，大多数现代化的控制结构都有这项功能。

　　如果工厂的控制系统是老式的，不支持HART通讯协议，那么目前唯一的方法就是在DCS的I/O卡旁边并连一个HART多路转换器，与设备进行通讯并把信息传递到智能设备管理软件中。

　　所幸的是，现在有一种更为简便的方法将智能设备的诊断信息连接到传统DCS系统的设备管理软件中。将WirelessHART无线适配器接到现有的HART有线设备上，通过无线通讯获得设置和诊断等设备智能信息。

　　采用这种无线方式，安装在现有设备上的适配器可建立起一个无线网状网络，将数字数据传递到WirelessHART无线网关，相对于之前的有线HART多路转换器方案，无线方案要简单得多，它彻底摆脱了传统DCS专有设备协议的束缚。

　　建立WirelessHART网络结构后，工厂可以在网络中添加WirelessHART压力、液位、流量、温度、阀门位置反馈、pH 和振动变送器。

集成

　　设备如果发生故障，运行不正常，将最终影响过程，影响的程度有可能是几分钟，也有可能是几小时。设备的诊断功能可以在过程受到影响前预先通知操作人员采取有效措施，避免故障的发生。

　　根据设备的故障预报，操作人员可将回路调为手动，或派人对阀门进行手动操作。当过程被保护起来后，他们再通知维护人员维修设备。对于操作人员来说在这种情况下利用设备诊断信息，就要求获取信息的过程简单易行。

　　为了防止设备发生故障，操作人员会先收到一个预报，这样他就可以有足够的时间通过设备管理软件对设备进行详细分析。在操作员站只需双击鼠标就可直接打开设备的详细诊断信息，再次双击鼠标还能获得可执行的处理建议，相比以前需要在维护工作站才能搜索这些信息，现在可就省时多了。

　　设备诊断信息必须在做系统工程时，根据设备对于过程的重要程度以及故障的严重程度区分优先等级，只有影响过程的重要报警才被发送给操作人员，这样可以避免操作人员接收太多无关的信息。操作站最好只用于查看设备诊断信息，而不要用于修改设备设置或组态。

　　所有的设备预报，包括相对不紧急的，针对还未发生的故障发出的预报，可从维护工作站获得。基于状态的维护功能应由指定工作站行使，或是集成在工程师站中。

　　操作人员可从操作员站直接打开设备管理软件。采用EDDL可将设备诊断信息集成到操作员站中，EDDL是HART、基金会现场总线、Profibus和WirelessHART的有机组成部分。正是因为有了EDDL，设备的集成不再需要软件的驱动，而只需要通过一些压缩的文本文件就行了，这种方案非常可靠，而且可内置于控制系统本身。其它的设备集成方案则不适用于在操作站上的集成。

　　通过EDDL，在工程师站上显示的调试和维护界面具有相似的感观，而且操作非常简单。例如，在装有系统数据的控制台上设置设备是很方便的。因此，管理系统数据和进行现场总线设备的设置及编辑只需一台工程师站。

　　维护人员工作站最好与操作人员的控制台分开，由维护工作站单独行使运行职能以外的设备诊断和设置。

　　系统可灵活用于集成的或分离的设备诊断，但是指定的维护工作站并不替代内置于控制系统的调试和维护功能。

　　只有控制系统操作程序和智能设备管理软件是集成的，服务器是分开的，出于安全考虑，维护工作站需要一个独立的服务器，而且对于访问进行严格管理。这将防止整个控制系统在对变更程序没有适当控制和管理的情况下，因网络的变化而受到影响。

简化

　　EDDL另一个重要的好处在于设备的显示方式都是统一的。设备厂家为他们的设备创建了EDDL文件，这些文件描述了系统如何显示他们的设备。其中包括菜单结构、先进诊断的图形显示和综合设置功能、简化标定等复杂工作的分步骤说明、以及帮助信息和图形。因为厂家对他们自已的产品是最了解的，所以由他们来制作这些文件是最合适的。

　　既然显示的内容和结构是由设备厂商而不是系统厂商来控制的，设备的互操作性就能得以实现，而系统可控制显示的感观。例如，设备厂商定义机械设备状态变送器的振动波以图形显示，X轴代表频率，Y轴代表速度，而系统则可定义与图形相配合的工具栏，包括放大图形中的某个区域，这样所有的设备图形都将以相同的方式显示。

　　无论定位器来自于哪个厂商，使用的是哪个通讯协议，其阀门行程图的显示方式是一样的；设置雷达液位计的回波曲线是一样的；所有趋势图的工具箱是一样的；因此对于技术人员来说操作任何设备都是一样的。

　　这种一致性并不是由设备驱动来实现的，它使EDDL的使用变得前所未有的简单。所有的设备问题都能以相同方式体现出来，清晰明了。

　　使用设备诊断信息

　　一台简单的温度变送器就可以发现传感器的失效或接线断裂，这让操作人员获得了宝贵的几分钟甚至几小时，在过程受到影响前就采取有效措施。更高级的温度变送器还可以通过2台传感器的比对来侦测传感器的漂移，或是通过监测热电偶的电阻判断其性能是否衰减，根据这些信息，技术人员可以提前几天或几周安排维护，最大限度地降低对过程的影响。

　　控制阀有很多移动机械部件容易磨损或渗漏。阀门定位器可计算阀杆回程次数和总的行程。这些数据可以很好地说明阀门工作的强度，在估算阀杆填料磨损情况时，这种方法要比计算日期更为精准。

　　报警可在定位器中进行设置，例如阀门或执行机构的生产厂家建议回程数量达到100万次，应更换移动部件，因此当定位器计算的回程次数达到这个数值时，就会向维护人员发出报警。

　　这些阀门诊断信息使技术人员只需把时间放在需要受到关注的阀门上，避免了不必要的阀门拆装维护工作。

　　电磁流量计可以发现接地故障，例如，流量管道接地由于腐蚀而失效。这样问题可以及时得到解决，而不是等到测量精度下降对过程造成了负面影响才发现问题。

　　机械设备状态变送器可以发现电机泵的不平衡和其它问题，这可用于侦测关键泵的故障，在它们发生故障前安排维护计划。

　　pH分析仪可提供详细的诊断信息，连续测量玻璃电极和参考电极的阻抗，据此发现传感器的失效或性能下降，例如，接点堵塞或电极填充液干结，还能检测到玻璃电极碎裂导致的pH读数错误，以便及时更换，确保过程不受影响，并且始终符合法规。

　　压力变送器可以检测传感器的失效，如密封膜片的腐蚀。更为高级的压力变送器还可采用统计过程监测（SPM）来检测过程和安装的问题，如对引压管堵塞、气泡、压缩机或泵的故障等异常情况都可进行预报，而不是等故障发生后再处理。

　　实施和管理

　　当今大多数工厂都依赖传统的DD技术来管理智能设备，如果升级到新的增强型的EDDL取代原来的驱动软件技术，那么智能设备的使用将变得更为方便。

　　EDDL可满足NAMUR NE 105的所有要求，例如在使用新的操作系统版本时，就可使用户的投资物有所值；EDDL文件的安装非常简单，节省了加入新设备或升级新设备版本的时间，无需设备的授权密钥，而且设备的互操作测试已由独立第三方事先完成。此外，EDDL作为一个单一的技术，可用于智能设备管理软件、DCS和手持现场设备中。

　　智能设备的诊断信息通过基于EDDL的智能设备管理软件集成到操作员控制台，设备故障预报会在过程受到影响前发送给相关人员。一旦信息得以集成，使用设备诊断信息就将自然而然地成为日常工作的一部分，这对于预测维护计划的成功实施是至关重要的。