艾默生過程管理Jonas Berge解釋了無線儀表架構如何使工廠能夠將測量延伸到過程測量以外并用來解決關鍵的業(yè)務問題。
我父母的汽車只有3個傳感器來向駕駛員提供信息： 油表、溫度表和油壓報警。他們定期的手動檢查胎壓、水位和其他液體。在汽車維修廠，維修工使用專門的設備來找到問題所在。
現(xiàn)在的汽車擁有數(shù)十個傳感器和多種數(shù)字通訊網(wǎng)絡，提供啟動和制動、空調以及其他信息。一些原始信息被顯示到面板上共駕駛者所用，更多的信息被擁有不同面板的維修站的維修工所用。
這些網(wǎng)絡化的傳感器使現(xiàn)代的汽車更加可靠，燃油效率更高，更加環(huán)保和安全?，F(xiàn)代的工廠面臨許多的挑戰(zhàn)，也建議采取類似的方法來解決。
現(xiàn)代儀表提供的過程關鍵參數(shù)的測量結果越來越好。這些測量結果幫助我們安全的控制工廠。但是工廠同時還面臨環(huán)保法規(guī)、人員安全、能源消耗等問題，他們必須決定如何應對這些挑戰(zhàn)。
所有的這些對于工廠運行非常重要但又不是日常過程操作的問題，被定義為“關鍵業(yè)務”問題。它包括工廠安全，環(huán)保、可靠性和能源消耗。
由于這個原因，現(xiàn)有的許多工廠都在進行現(xiàn)代化來解決關鍵業(yè)務問題。這些測量部分是為了控制室的操作員運行工廠所需，但是大部分是為了控制室之外的人所用。這些信息被提供給工廠層面的運行和維護組織，幫助他們使工廠運行更加可靠、環(huán)保、安全、能耗更低。
測量信息的缺失
在控制室內(nèi)的操作員，利用集散控制系統(tǒng)（DCS）和安全儀表系統(tǒng)（SIS），可以得到他們需要的實時數(shù)據(jù)來完成他們的工作—使工廠安全有效的運行。
數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)有的有線傳感器，這些傳感器是工廠自動化基礎層的一部分，基礎層用來實時閉環(huán)控制關鍵過程參數(shù)和實現(xiàn)功能安全。在工廠開始建設時，這些就已經(jīng)存在于P&ID 功能結構上了。
然而，工廠的其他重要人員如維修、可靠性、能源效率和HS&E 部門的人不在控制室中，并且只能的到很少的所需數(shù)據(jù)。有太多的數(shù)據(jù)他們無法得到或必須手動收集，這些數(shù)據(jù)被稱為“測量信息缺失”。
而這些缺失的測量數(shù)據(jù)可以分為主要的3個用途：重要資產(chǎn)可靠性的監(jiān)測，能源效率的監(jiān)測以及降低環(huán)境和工廠安全風險的HS&E 的監(jiān)測。
減少停車時間、降低能源成本、減少環(huán)境影響、降低人員風險是全世界過程工業(yè)的主流趨勢。為了獲得在這些方面采取措施所需的數(shù)據(jù)，工廠需要增加自動化的程度。
那么為什么工廠沒有為控制系統(tǒng)增加更多的傳感器呢？在過去，增加一個新的傳感器需要切開和焊接管道或容器，而這只能在大修時進行。進一步講，必須敷設信號線和供電線，同時在敷設時必須將接線盒和電纜槽打開，這增加了破壞現(xiàn)有電纜的風險。因此，許多改進計劃沒有得到批準。今天，工廠為 “無處不在的測量”發(fā)現(xiàn)了許多革命性的解決方案”。
無線
現(xiàn)在許多傳感器是非侵入安裝的，例如溫度傳感器可以夾持在管道的外，無線壓力傳感器可以安裝在現(xiàn)有壓力表的接頭上，旁路閥和其他手閥的閥位傳感器可以安裝在執(zhí)行器的外面，監(jiān)測疏水器失效和安全閥泄放的聲波傳感器可以捆綁在管道的外面。 振動傳感器可以固定在設備的外殼或者用磁鐵粘貼，無需配備管工，因為在安裝的過程無需對管道進行切割，省時、省力并減少成本和安裝風險。
P&ID 之外的應用要求大多數(shù)時候不像P&ID 控制回路和安全功能那樣苛刻。對于這些應用來說，貼壁式溫度傳感器測量的管道表面的溫度就足夠準確了。同樣的，如果振動傳感器能夠提供所需的數(shù)據(jù)，非關鍵機泵和其他設備可能就不需要大型的監(jiān)測系統(tǒng)。當無線壓力傳感器取代機械式壓力表時，即使是最簡單的無線傳感器提供的數(shù)據(jù)也遠優(yōu)于就地壓力表。
WirelessHART傳感器無需為增加的儀表敷設信號線，可以節(jié)約時間和降低損壞現(xiàn)有設備的可能性。WirelessHART傳感器也減少了對于電工參與的需求。
遍布工廠的這種傳感器組成了一個網(wǎng)格狀網(wǎng)絡，在這個網(wǎng)絡中，每個設備都可以充當路由，因此可以降低對于備用路由的需求，同時也降低了與之相關的網(wǎng)絡和電力電纜的需求。
無線傳感器同時組成了一個內(nèi)部互聯(lián)的設備的網(wǎng)絡，一個使工廠能夠從現(xiàn)場收集信息來提高工廠的效能的數(shù)字建筑。
WirelessHART 網(wǎng)絡只需要一個極易安裝的網(wǎng)關。只需要HART-IP 就能夠加入遍布全廠的WirelessHART網(wǎng)絡。它們一起組成了覆蓋工廠的自動化“第二層”。
WirelessHART 傳感器由長壽命電池供電，這減少了向每個傳感器敷設電源線的工作。安裝時間再次被減少了，因為安裝過程無需電工的參與。如有需要，工廠能夠在零風險的情況下安裝傳感器，這給了工廠在安裝傳感器方面充分的靈活性和自由。
WirelessHART 信號是完全的數(shù)字化信號而不是4-20 mA 信號。因此無需在傳感器和控制系統(tǒng)中進行量程組態(tài) 也不需要進行5點回路校驗。數(shù)字傳感器在整個量程內(nèi)都能夠提供一樣的精度。這些特點然傳感器使用更簡單，減少了調試錯誤。
無控制中心
無處不在的傳感器提供的大多數(shù)的測量數(shù)據(jù)與維修、可靠性、能源效率、和HS&E 部門有關。這些數(shù)據(jù)對于維修主管、可靠性工程師、HS&E 管理人員、能源經(jīng)理甚至是管理疏水器的第三方的服務公司來說都是有用的。
這些人不會坐在控制室中，如果他們必須到控制中通過控制系統(tǒng)操作員才能得到所需的數(shù)據(jù)和報告是非常不方便的。對于大多數(shù)新信息來說，控制系統(tǒng)也不是理想的顯示器。
進一步講，由于控制和安全系統(tǒng)對于過程控制的重要性，系統(tǒng)工程師對于任何對系統(tǒng)的改變都非常小心。如果要對控制系統(tǒng)進行組態(tài)來收集新設備的數(shù)據(jù)或顯示新的參數(shù)，就必須遵守嚴格的政策和變更管理程序。許多時候必須要求系統(tǒng)供應商的服務工程師來增加這些功能。雖然非侵入安裝傳感器和 WirelessHART 傳感器是獲得數(shù)據(jù)非常簡單，要使這些數(shù)據(jù)顯示在控制系統(tǒng)中卻非常的困難。
因此，雖然大多數(shù)的新的測量點與工廠的控制和安全系統(tǒng)無關，工廠還是為資產(chǎn)管理的特殊應用如設備監(jiān)測，能源管理，HS&E建立了第二個單獨的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)使需要它的數(shù)據(jù)的人在辦公室中就可以得到。
在這個系統(tǒng)下，用戶可以捕獲特定的時間、查看歷史趨勢、產(chǎn)生報告和將數(shù)據(jù)導入Excel表格中。無需為了收集數(shù)據(jù)而到控制室和打擾操作員。這使數(shù)據(jù)的到了更有效的應用，使他變成了各個不同部門決策過程中的自然組成部分。大多數(shù)的數(shù)據(jù)是操作員不需要的，因此大多數(shù)的數(shù)據(jù)也不會進入DCS。
例如HS&E管理人員想要知道洗眼器和安全噴淋的動作和健康狀況， 安全閥的泄放，旁路閥及其他手閥的狀態(tài)。
維修員工需要知道閥門是否打開，分析振動和溫度傳感器的數(shù)據(jù)以便決定在何處進行手持式儀器的檢查。從壓力、溫度、液位和流量傳感器得到的數(shù)據(jù)也會的到分析以確定現(xiàn)場巡檢的路線。維修人員需要將從多種傳感器得到的數(shù)據(jù)集合到一起得到表征全廠過程設備安全性和結垢狀況的指標來計劃日常維修和下次工廠的大修。
能源效率管理人員需要每個單元的能源消耗數(shù)據(jù)來跟蹤能源的消耗情況。能源效率管理人員也會想知道特定的過程設備是否結垢，因為這會影響能源效率。
使用網(wǎng)頁服務器和網(wǎng)頁瀏覽器，員工可以在公司內(nèi)部的任何地方得到所需的信息和報告。測量的靈活性使通過某人的屏幕來讀取新的傳感器的數(shù)據(jù)快捷簡便。
資產(chǎn)監(jiān)測、能源效率和狀態(tài)監(jiān)測等資產(chǎn)管理的應用是非過程相關的，因此相對于控制盒安全系統(tǒng)來講，更具彈性和可變性。對于相關的部門來講，比起DCS,在獨立的第二系統(tǒng)上，他們可以更簡單的作出符合他們需要的更改。
來自不同部門的員工能夠自由的在全廠范圍內(nèi)增加傳感器，在獨立的系統(tǒng)上快速的為新設備組態(tài)，在辦公室的屏幕上獲得需數(shù)據(jù)而無需打擾系統(tǒng)工程師來改變DCS的組態(tài)。
獲得信息
單獨的HMI軟件可以生成報警并記錄下來，，顯示流程根據(jù)需要生成趨勢圖，報告，通過計算、累邏輯處理等功能生成可有的可執(zhí)行的信息。在HSE辦公室單獨的HMI軟件可以顯示工廠數(shù)據(jù)，降低風險幫助工廠的運營維護工作。
例如當現(xiàn)場洗眼器動作時，能產(chǎn)生報警，通知控制室現(xiàn)場有人需要幫助。也可以監(jiān)視安全閥的狀態(tài)，知道安全閥何時動作以及放空時間，使得泄放評估更準確。工廠維修人員可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)知道現(xiàn)場旁路閥，手閥的位置，知道這些閥門是否處在不正常的位置。
在維修人員辦公室安裝的單獨的HMI軟件可以知道，現(xiàn)場哪些閥門處于非正常狀態(tài)，也可以知道泵、風機、攪拌器、傳送帶、馬達等的溫度振動情況。
維修辦公室可以安裝專門的資產(chǎn)監(jiān)視軟件，來顯示這些熱交換器、空冷塔、風箱、泵等健康及運行狀態(tài)，這要通過一系列計算方法，通過每個設備多個參數(shù)的實時數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。
當維修人員發(fā)現(xiàn)問題，他們?nèi)ガF(xiàn)場之前首先會查看軟件，帶著這些數(shù)據(jù)到現(xiàn)場幫助他們完成現(xiàn)場的維修維護工作。
能源管理辦公室可以安裝標準的HMI軟件，可以報告疏水器、空壓機冷凝水的能源管理情況。每個工廠都可以管理起來。有了這些數(shù)據(jù)，維修人員可以知道哪些設備需要清洗以及維護，以提高設備的能源利用效率。
機械健康監(jiān)視專家軟件可以分析馬達、泵、風機、傳送帶等的震動情況。例如，無線HART震動傳感器可以檢測到振動設備的震動振幅過大，并將這一報警信息送到DCS。通過HART-IP可以將這些震動數(shù)據(jù)送到資產(chǎn)管理專業(yè)分析軟件，有經(jīng)驗的工程師可以進行詳細的數(shù)據(jù)分析。這些先進技術的應用使得工程師在辦公室就能對現(xiàn)場的重要設備像渦輪機、壓縮機、泵等重要設備進行管理。
工廠通常是在外面請疏水器的維修維護隊伍，這些外包公司的專家們使用專門的疏水器監(jiān)測軟件來監(jiān)測工廠中所有疏水器的工作狀態(tài)，疏水器的診斷信息通過通過HART-IP通訊協(xié)議，將信息送給維護人員，維修人員根據(jù)這些診斷信息在疏水器出現(xiàn)故障之前就可以很快地發(fā)現(xiàn)問題，避免了能源的浪費。
很多工廠都有信息管理系統(tǒng)PIMS，也被稱為歷史數(shù)據(jù)庫。很多以前沒有辦法測量的測點可以通過普適測量的方式將這些信息送到歷史數(shù)據(jù)庫。歷史數(shù)據(jù)庫除了可以獲得歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，也能接收無線HART網(wǎng)絡和其他數(shù)據(jù)源送來的數(shù)據(jù)，幫助我們用新視角來管理工廠。
普適測量的實時數(shù)據(jù)可以送到歷史數(shù)據(jù)庫經(jīng)行分析，幫助我們更好的維護工廠，對資產(chǎn)監(jiān)視及能源管理起到了很大的幫助。對于機械健康監(jiān)視及疏水器的狀態(tài)監(jiān)視需要裝有專門的軟件才可以。
歷史數(shù)據(jù)庫有強大的數(shù)據(jù)收集的能力，長時間的存儲數(shù)據(jù)評加以分析。這常常被人們稱為大數(shù)據(jù)。通過歷史數(shù)據(jù)庫，人們能快速發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結果，采用合理的維護維修方法。
現(xiàn)代化智能工廠
許多工廠通過無線HART覆蓋全廠的過程單元，這可以滿足現(xiàn)代工廠的要求?，F(xiàn)代化工廠要求安裝更多的測點，很多是以前沒有辦法監(jiān)測到的。
事實上，無線技術的出現(xiàn)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)很好的補充，無線不能替代有線。無線技術幫助工廠很方便地獲得更多的傳感器數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)連接到已有的控制系統(tǒng)或專門的AMS軟件中來。
智能無線技術在現(xiàn)代化工廠的應用，為EPC提供了新的商業(yè)機會?，F(xiàn)在很多工廠都已經(jīng)老化，原有的控制系統(tǒng)不能滿足工廠的要求，為了更好地管理工廠可以通過自動化的第二層來實現(xiàn)。有了第二層管理網(wǎng)絡，使我們的工廠變得更加可靠，提高能源利用效率，更加環(huán)保也更安全。
對于一個新的工廠，已經(jīng)不再像以前那樣只管理DCS控制系統(tǒng)及ESD緊急停車系統(tǒng)這些PID中有的控制方案，而是從開始就已經(jīng)搭建好了無線傳感器網(wǎng)絡，包含網(wǎng)關的部署以及帶有專業(yè)分析軟件的資產(chǎn)管理系統(tǒng)。這樣，工廠就具備了快速安裝投產(chǎn)的能力，在今后的改建項目中也更加容易增加測點。
