淺談電磁流量計如何實現(xiàn)設(shè)備與數(shù)字工廠的無縫集成

【摘要】很多工廠已經(jīng)安裝使用了大量的智能設(shè)備，這些智能儀表可為操作人員、技術(shù)人員、檢驗人員、工程師或工廠管理人員提供數(shù)以百計的參數(shù)信息，只有當(dāng)這些有用的過程和儀表數(shù)據(jù)被及時傳遞給適當(dāng)?shù)娜�，它的價值才得以真正體現(xiàn)。
智能設(shè)備的診斷信息通過基于EDDL的智能設(shè)備管理軟件集成到操作員控制臺，設(shè)備故障預(yù)報會在過程受到影響前發(fā)送給相關(guān)人員。一旦信息得以集成，使用設(shè)備診斷信息就將自然而然地成為日常工作的一部分，這對于預(yù)測維護(hù)計劃的成功實施是至關(guān)重要的。

【引言】很多工廠已經(jīng)安裝使用了大量的智能設(shè)備，這些智能儀表可為操作人員、技術(shù)人員、檢驗人員、工程師或工廠管理人員提供數(shù)以百計的參數(shù)信息，只有當(dāng)這些有用的過程和儀表數(shù)據(jù)被及時傳遞給適當(dāng)?shù)娜�，它的價值才得以真正體現(xiàn)。
　　
　　由于能夠及時為操作和維護(hù)人員提供可操作的有用信息，工廠的效率將大大提高。將工程、組態(tài)、維護(hù)和操作顯示等有效整合到工廠數(shù)控中心的操作和維護(hù)工作站中，可使工作人員方便地獲得現(xiàn)場智能信息，從而提高工廠性能。
　　
　　增強(qiáng)型的電子設(shè)備描述語言(EDDL)是實現(xiàn)設(shè)備與工廠結(jié)構(gòu)無縫整合的關(guān)鍵技術(shù)，它使智能設(shè)備的使用變得前所未有的方便。
　　
　　絆腳石
　　
　　工廠希望能夠充分利用智能設(shè)備的診斷信息，但是在以前由于種種原因，人們很難實現(xiàn)這一目標(biāo)。
　　
　　其實所有的智能設(shè)備都能夠利用內(nèi)置的自診斷功能對自身狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，而數(shù)字自動化和資產(chǎn)管理系統(tǒng)則又可對這些自診斷信息進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，但是老系統(tǒng)不能做到這點，它無法獲取設(shè)備的診斷信息。
　　
　　這是由于在某些系統(tǒng)中I/O卡采用專有的設(shè)備通訊協(xié)議，而在另一些系統(tǒng)中根本就沒有實現(xiàn)設(shè)備通訊。僅管工廠中的設(shè)備一般都是通過HART通訊協(xié)議進(jìn)行通訊的，但是專有系統(tǒng)依然無法獲取設(shè)備的智能信息，因而這些診斷信息就在設(shè)備中擱淺了。
　　
　　很多現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)均可支持HART、Foundation總線等開放的通訊協(xié)議，配合使用設(shè)備管理軟件就能獲取可執(zhí)行的診斷信息。
　　
　　另外，如果診斷信息僅僅顯示在維護(hù)操作站上，是不能夠及時傳達(dá)給維護(hù)人員的，因為一般維護(hù)工作人員都在現(xiàn)場而不是電腦前，在這種情況下操作人員需要回到操作臺后才能打開詳細(xì)的設(shè)備診斷信息，看到設(shè)備報警。
　　
　　第三種信息擱淺的情況是設(shè)備或設(shè)備管理軟件操作不夠方便。
　　
　　一體化的設(shè)備管理
　　
　　為了實現(xiàn)有效的設(shè)備管理，控制系統(tǒng)必須能夠?qū)λ械脑O(shè)備進(jìn)行調(diào)試、開車和維護(hù)。
　　
　　這項功能應(yīng)該集成到控制系統(tǒng)和工作站中。
　　
　　連接
　　
　　為了能與工廠的現(xiàn)場儀表互操作，控制系統(tǒng)需要配置HART
　　
　　I/O卡件或Foundation現(xiàn)場總線接口卡來實現(xiàn)設(shè)備與智能設(shè)備管理軟件之間的通訊，大多數(shù)現(xiàn)代化的控制結(jié)構(gòu)都有這項功能。
　　
　　如果工廠的控制系統(tǒng)是老式的，不支持HART通訊協(xié)議，那么目前唯一的方法就是在DCS的I/O卡旁邊并連一個HART多路轉(zhuǎn)換器，與設(shè)備進(jìn)行通訊并把信息傳遞到智能設(shè)備管理軟件中。
　　
　　所幸的是，現(xiàn)在有一種更為簡便的方法將智能設(shè)備的診斷信息連接到傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的設(shè)備管理軟件中。將WirelessHART無線適配器接到現(xiàn)有的HART有線設(shè)備上，通過無線通訊獲得設(shè)置和診斷等設(shè)備智能信息。
　　
　　采用這種無線方式，安裝在現(xiàn)有設(shè)備上的適配器可建立起一個無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳遞到WirelessHART無線網(wǎng)關(guān)，相對于之前的有線HART多路轉(zhuǎn)換器方案，無線方案要簡單得多，它徹底擺脫了傳統(tǒng)DCS專有設(shè)備協(xié)議的束縛。
　　
　　建立WirelessHART網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后，工廠可以在網(wǎng)絡(luò)中添加WirelessHART壓力、液位、流量、溫度、閥門位置反饋、pH和振動變送器。
　　
　　集成
　　
　　設(shè)備如果發(fā)生故障，運行不正常，將最終影響過程，影響的程度有可能是幾分鐘，也有可能是幾小時。設(shè)備的診斷功能可以在過程受到影響前預(yù)先通知操作人員采取有效措施，避免故障的發(fā)生。
　　
　　根據(jù)設(shè)備的故障預(yù)報，操作人員可將回路調(diào)為手動，或派人對閥門進(jìn)行手動操作。當(dāng)過程被保護(hù)起來后，他們再通知維護(hù)人員維修設(shè)備。對于操作人員來說在這種情況下利用設(shè)備診斷信息，就要求獲取信息的過程簡單易行。
　　
　　為了防止設(shè)備發(fā)生故障，操作人員會先收到一個預(yù)報，這樣他就可以有足夠的時間通過設(shè)備管理軟件對設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)分析。在操作員站只需雙擊鼠標(biāo)就可直接打開設(shè)備的詳細(xì)診斷信息，再次雙擊鼠標(biāo)還能獲得可執(zhí)行的處理建議，相比以前需要在維護(hù)工作站才能搜索這些信息，現(xiàn)在可就省時多了。設(shè)備診斷信息必須在做系統(tǒng)工程時，根據(jù)設(shè)備對于過程的重要程度以及故障的嚴(yán)重程度區(qū)分優(yōu)先等級，只有影響過程的重要報警才被發(fā)送給操作人員，這樣可以避免操作人員接收太多無關(guān)的信息。操作站最好只用于查看設(shè)備診斷信息，而不要用于修改設(shè)備設(shè)置或組態(tài)。
　　
　　所有的設(shè)備預(yù)報，包括相對不緊急的，針對還未發(fā)生的故障發(fā)出的預(yù)報，可從維護(hù)工作站獲得�；跔顟B(tài)的維護(hù)功能應(yīng)由指定工作站行使，或是集成在工程師站中。操作人員可從操作員站直接打開設(shè)備管理軟件。采用EDDL可將設(shè)備診斷信息集成到操作員站中，EDDL是HART、基金會現(xiàn)場總線、Profibus和WirelessHART的有機(jī)組成部分。正是因為有了EDDL，設(shè)備的集成不再需要軟件的驅(qū)動，而只需要通過一些壓縮的文本文件就行了，這種方案非�？煽�，而且可內(nèi)置于控制系統(tǒng)本身。其它的設(shè)備集成方案則不適用于在操作站上的集成。
　　
　　通過EDDL，在工程師站上顯示的調(diào)試和維護(hù)界面具有相似的感觀，而且操作非常簡單。例如，在裝有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的控制臺上設(shè)置設(shè)備是很方便的。因此，管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)和進(jìn)行現(xiàn)場總線設(shè)備的設(shè)置及編輯只需一臺工程師站。
　　
　　維護(hù)人員工作站最好與操作人員的控制臺分開，由維護(hù)工作站單獨行使運行職能以外的設(shè)備診斷和設(shè)置。
　　
　　系統(tǒng)可靈活用于集成的或分離的設(shè)備診斷，但是指定的維護(hù)工作站并不替代內(nèi)置于控制系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)功能。
　　
　　只有控制系統(tǒng)操作程序和智能設(shè)備管理軟件是集成的，服務(wù)器是分開的，出于安全考慮，維護(hù)工作站需要一個獨立的服務(wù)器，而且對于訪問進(jìn)行嚴(yán)格管理。這將防止整個控制系統(tǒng)在對變更程序沒有適當(dāng)控制和管理的情況下，因網(wǎng)絡(luò)的變化而受到影響。
　　
　　簡化
　　
　　EDDL另一個重要的好處在于設(shè)備的顯示方式都是統(tǒng)一的。設(shè)備廠家為他們的設(shè)備創(chuàng)建了EDDL文件，這些文件描述了系統(tǒng)如何顯示他們的設(shè)備。其中包括菜單結(jié)構(gòu)、先進(jìn)診斷的圖形顯示和綜合設(shè)置功能、簡化標(biāo)定等復(fù)雜工作的分步驟說明、以及幫助信息和圖形。因為廠家對他們自已的產(chǎn)品是最了解的，所以由他們來制作這些文件是最合適的。
　　
　　既然顯示的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)是由設(shè)備廠商而不是系統(tǒng)廠商來控制的，設(shè)備的互操作性就能得以實現(xiàn)，而系統(tǒng)可控制顯示的感觀。例如，設(shè)備廠商定義機(jī)械設(shè)備狀態(tài)變送器的振動波以圖形顯示，X軸代表頻率，Y軸代表速度，而系統(tǒng)則可定義與圖形相配合的工具欄，包括放大圖形中的某個區(qū)域，這樣所有的設(shè)備圖形都將以相同的方式顯示。
　　
　　無論定位器來自于哪個廠商，使用的是哪個通訊協(xié)議，其閥門行程圖的顯示方式是一樣的；設(shè)置雷達(dá)液位計的回波曲線是一樣的；所有趨勢圖的工具箱是一樣的；因此對于技術(shù)人員來說操作任何設(shè)備都是一樣的。
　　
　　這種一致性并不是由設(shè)備驅(qū)動來實現(xiàn)的，它使EDDL的使用變得前所未有的簡單。所有的設(shè)備問題都能以相同方式體現(xiàn)出來，清晰明了。使用設(shè)備診斷信息
　　
　　一臺簡單的溫度變送器就可以發(fā)現(xiàn)傳感器的失效或接線斷裂，這讓操作人員獲得了寶貴的幾分鐘甚至幾小時，在過程受到影響前就采取有效措施。更高級的溫度變送器還可以通過2臺傳感器的比對來偵測傳感器的漂移，或是通過監(jiān)測熱電偶的電阻判斷其性能是否衰減，根據(jù)這些信息，技術(shù)人員可以提前幾天或幾周安排維護(hù)，最大限度地降低對過程的影響。
　　
　　控制閥有很多移動機(jī)械部件容易磨損或滲漏。閥門定位器可計算閥桿回程次數(shù)和總的行程。這些數(shù)據(jù)可以很好地說明閥門工作的強(qiáng)度，在估算閥桿填料磨損情況時，這種方法要比計算日期更為精準(zhǔn)。
　　
　　報警可在定位器中進(jìn)行設(shè)置，例如閥門或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)廠家建議回程數(shù)量達(dá)到100萬次，應(yīng)更換移動部件，因此當(dāng)定位器計算的回程次數(shù)達(dá)到這個數(shù)值時，就會向維護(hù)人員發(fā)出報警。
　　
　　這些閥門診斷信息使技術(shù)人員只需把時間放在需要受到關(guān)注的閥門上，避免了不必要的閥門拆裝維護(hù)工作。
　　
　　電磁流量計可以發(fā)現(xiàn)接地故障，例如，流量管道接地由于腐蝕而失效。這樣問題可以及時得到解決，而不是等到測量精度下降對過程造成了負(fù)面影響才發(fā)現(xiàn)問題。機(jī)械設(shè)備狀態(tài)變送器可以發(fā)現(xiàn)電機(jī)泵的不平衡和其它問題，這可用于偵測關(guān)鍵泵的故障，在它們發(fā)生故障前安排維護(hù)計劃。
　　
　　pH分析儀可提供詳細(xì)的診斷信息，連續(xù)測量玻璃電極和參考電極的阻抗，據(jù)此發(fā)現(xiàn)傳感器的失效或性能下降，例如，接點堵塞或電極填充液干結(jié)，還能檢測到玻璃電極碎裂導(dǎo)致的pH讀數(shù)錯誤，以便及時更換，確保過程不受影響，并且始終符合法規(guī)。
　　
　　壓力變送器可以檢測傳感器的失效，如密封膜片的腐蝕。更為高級的壓力變送器還可采用統(tǒng)計過程監(jiān)測(SPM)來檢測過程和安裝的問題，如對引壓管堵塞、氣泡、壓縮機(jī)或泵的故障等異常情況都可進(jìn)行預(yù)報，而不是等故障發(fā)生后再處理。
　　
　　實施和管理
　　
　　當(dāng)今大多數(shù)工廠都依賴傳統(tǒng)的DD技術(shù)來管理智能設(shè)備，如果升級到新的增強(qiáng)型的EDDL取代原來的驅(qū)動軟件技術(shù)，那么智能設(shè)備的使用將變得更為方便。
　　
　　EDDL可滿足NAMURNE
　　
　　105的所有要求，例如在使用新的操作系統(tǒng)版本時，就可使用戶的投資物有所值；EDDL文件的安裝非常簡單，節(jié)省了加入新設(shè)備或升級新設(shè)備版本的時間，無需設(shè)備的授權(quán)密鑰，而且設(shè)備的互操作測試已由獨立第三方事先完成。此外，EDDL作為一個單一的技術(shù)，可用于智能設(shè)備管理軟件、DCS和手持現(xiàn)場設(shè)備中。
　　
　　智能設(shè)備的診斷信息通過基于EDDL的智能設(shè)備管理軟件集成到操作員控制臺，設(shè)備故障預(yù)報會在過程受到影響前發(fā)送給相關(guān)人員。一旦信息得以集成，使用設(shè)備診斷信息就將自然而然地成為日常工作的一部分，這對于預(yù)測維護(hù)計劃的成功實施是至關(guān)重要的。