淺談電磁流量計如何實現設備與數字工廠的無縫集成

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

【引言】很多工廠已經安裝使用了大量的智能設備，這些智能儀表可為操作人員、技術人員、檢驗人員、工程師或工廠管理人員提供數以百計的參數信息，只有當這些有用的過程和儀表數據被及時傳遞給適當的人，它的價值才得以真正體現。
　　
　　由于能夠及時為操作和維護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、維護和操作顯示等有效整合到工廠數控中心的操作和維護工作站中，可使工作人員方便地獲得現場智能信息，從而提高工廠性能。
　　
　　增強型的電子設備描述語言(EDDL)是實現設備與工廠結構無縫整合的關鍵技術，它使智能設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備的診斷信息，但是在以前由于種種原因，人們很難實現這一目標。
　　
　　其實所有的智能設備都能夠利用內置的自診斷功能對自身狀態進行連續監測，而數字自動化和資產管理系統則又可對這些自診斷信息進行連續監測，但是老系統不能做到這點，它無法獲取設備的診斷信息。
　　
　　這是由于在某些系統中I/O卡采用專有的設備通訊協議，而在另一些系統中根本就沒有實現設備通訊。僅管工廠中的設備一般都是通過HART通訊協議進行通訊的，但是專有系統依然無法獲取設備的智能信息，因而這些診斷信息就在設備中擱淺了。
　　
　　很多現代化的控制系統均可支持HART、Foundation總線等開放的通訊協議，配合使用設備管理軟件就能獲取可執行的診斷信息。
　　
　　另外，如果診斷信息僅僅顯示在維護操作站上，是不能夠及時傳達給維護人員的，因為一般維護工作人員都在現場而不是電腦前，在這種情況下操作人員需要回到操作臺后才能打開詳細的設備診斷信息，看到設備報警。
　　
　　第三種信息擱淺的情況是設備或設備管理軟件操作不夠方便。
　　
　　一體化的設備管理
　　
　　為了實現有效的設備管理，控制系統必須能夠對所有的設備進行調試、開車和維護。
　　
　　這項功能應該集成到控制系統和工作站中。
　　
　　連接
　　
　　為了能與工廠的現場儀表互操作，控制系統需要配置HART
　　
　　I/O卡件或Foundation現場總線接口卡來實現設備與智能設備管理軟件之間的通訊，大多數現代化的控制結構都有這項功能。
　　
　　如果工廠的控制系統是老式的，不支持HART通訊協議，那么目前唯一的方法就是在DCS的I/O卡旁邊并連一個HART多路轉換器，與設備進行通訊并把信息傳遞到智能設備管理軟件中。
　　
　　所幸的是，現在有一種更為簡便的方法將智能設備的診斷信息連接到傳統DCS系統的設備管理軟件中。將WirelessHART無線適配器接到現有的HART有線設備上，通過無線通訊獲得設置和診斷等設備智能信息。
　　
　　采用這種無線方式，安裝在現有設備上的適配器可建立起一個無線網狀網絡，將數字數據傳遞到WirelessHART無線網關，相對于之前的有線HART多路轉換器方案，無線方案要簡單得多，它徹底擺脫了傳統DCS專有設備協議的束縛。
　　
　　建立WirelessHART網絡結構后，工廠可以在網絡中添加WirelessHART壓力、液位、流量、溫度、閥門位置反饋、pH和振動變送器。
　　
　　集成
　　
　　設備如果發生故障，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。設備的診斷功能可以在過程受到影響前預先通知操作人員采取有效措施，避免故障的發生。
　　
　　根據設備的故障預報，操作人員可將回路調為手動，或派人對閥門進行手動操作。當過程被保護起來后，他們再通知維護人員維修設備。對于操作人員來說在這種情況下利用設備診斷信息，就要求獲取信息的過程簡單易行。
　　
　　為了防止設備發生故障，操作人員會先收到一個預報，這樣他就可以有足夠的時間通過設備管理軟件對設備進行詳細分析。在操作員站只需雙擊鼠標就可直接打開設備的詳細診斷信息，再次雙擊鼠標還能獲得可執行的處理建議，相比以前需要在維護工作站才能搜索這些信息，現在可就省時多了。設備診斷信息必須在做系統工程時，根據設備對于過程的重要程度以及故障的嚴重程度區分優先等級，只有影響過程的重要報警才被發送給操作人員，這樣可以避免操作人員接收太多無關的信息。操作站最好只用于查看設備診斷信息，而不要用于修改設備設置或組態。
　　
　　所有的設備預報，包括相對不緊急的，針對還未發生的故障發出的預報，可從維護工作站獲得。基于狀態的維護功能應由指定工作站行使，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備管理軟件。采用EDDL可將設備診斷信息集成到操作員站中，EDDL是HART、基金會現場總線、Profibus和WirelessHART的有機組成部分。正是因為有了EDDL，設備的集成不再需要軟件的驅動，而只需要通過一些壓縮的文本文件就行了，這種方案非常可靠，而且可內置于控制系統本身。其它的設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試和維護界面具有相似的感觀，而且操作非常簡單。例如，在裝有系統數據的控制臺上設置設備是很方便的。因此，管理系統數據和進行現場總線設備的設置及編輯只需一臺工程師站。
　　
　　維護人員工作站最好與操作人員的控制臺分開，由維護工作站單獨行使運行職能以外的設備診斷和設置。
　　
　　系統可靈活用于集成的或分離的設備診斷，但是指定的維護工作站并不替代內置于控制系統的調試和維護功能。
　　
　　只有控制系統操作程序和智能設備管理軟件是集成的，服務器是分開的，出于安全考慮，維護工作站需要一個獨立的服務器，而且對于訪問進行嚴格管理。這將防止整個控制系統在對變更程序沒有適當控制和管理的情況下，因網絡的變化而受到影響。
　　
　　簡化
　　
　　EDDL另一個重要的好處在于設備的顯示方式都是統一的。設備廠家為他們的設備創建了EDDL文件，這些文件描述了系統如何顯示他們的設備。其中包括菜單結構、先進診斷的圖形顯示和綜合設置功能、簡化標定等復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。
　　
　　既然顯示的內容和結構是由設備廠商而不是系統廠商來控制的，設備的互操作性就能得以實現，而系統可控制顯示的感觀。例如，設備廠商定義機械設備狀態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域，這樣所有的設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議，其閥門行程圖的顯示方式是一樣的；設置雷達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；因此對于技術人員來說操作任何設備都是一樣的。
　　
　　這種一致性并不是由設備驅動來實現的，它使EDDL的使用變得前所未有的簡單。所有的設備問題都能以相同方式體現出來，清晰明了。使用設備診斷信息
　　
　　一臺簡單的溫度變送器就可以發現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，或是通過監測熱電偶的電阻判斷其性能是否衰減，根據這些信息，技術人員可以提前幾天或幾周安排維護，最大限度地降低對過程的影響。
　　
　　控制閥有很多移動機械部件容易磨損或滲漏。閥門定位器可計算閥桿回程次數和總的行程。這些數據可以很好地說明閥門工作的強度，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。
　　
　　報警可在定位器中進行設置，例如閥門或執行機構的生產廠家建議回程數量達到100萬次，應更換移動部件，因此當定位器計算的回程次數達到這個數值時，就會向維護人員發出報警。
　　
　　這些閥門診斷信息使技術人員只需把時間放在需要受到關注的閥門上，避免了不必要的閥門拆裝維護工作。
　　
　　電磁流量計可以發現接地故障，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面影響才發現問題。機械設備狀態變送器可以發現電機泵的不平衡和其它問題，這可用于偵測關鍵泵的故障，在它們發生故障前安排維護計劃。
　　
　　pH分析儀可提供詳細的診斷信息，連續測量玻璃電極和參考電極的阻抗，據此發現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，還能檢測到玻璃電極碎裂導致的pH讀數錯誤，以便及時更換，確保過程不受影響，并且始終符合法規。
　　
　　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計過程監測(SPM)來檢測過程和安裝的問題，如對引壓管堵塞、氣泡、壓縮機或泵的故障等異常情況都可進行預報，而不是等故障發生后再處理。
　　
　　實施和管理
　　
　　當今大多數工廠都依賴傳統的DD技術來管理智能設備，如果升級到新的增強型的EDDL取代原來的驅動軟件技術，那么智能設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，節省了加入新設備或升級新設備版本的時間，無需設備的授權密鑰，而且設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，可用于智能設備管理軟件、DCS和手持現場設備中。
　　
　　智能設備的診斷信息通過基于EDDL的智能設備管理軟件集成到操作員控制臺，設備故障預報會在過程受到影響前發送給相關人員。一旦信息得以集成，使用設備診斷信息就將自然而然地成為日常工作的一部分，這對于預測維護計劃的成功實施是至關重要的。

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友情提示：本文作者是金湖聯儀自控設備有限公司，劉華蒸汽流量計2011-06-07發布。版權所有，轉載時注明出處。

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