冠佳智造研究院

2017年10月18日08:50:28

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迎十九大

直到最近，当工程师想要监测工厂设备，如蒸汽疏水阀，泵或热交换器时，他们经常面临困难，复杂和昂贵的项目。

首先，他们必须在设备上安装和接线新仪器。然后，他们必须将新仪器连接到现有的4-20mA或现场总线I / O系统。如果现有系统已满，则需要新的布线，导线管，接线盒，编组柜和/或输入卡。在某些情况下，添加单个有线仪器可能需要15,000美元或更多的劳动力，材料，新布线，额外的输入卡等。

接下来，他们必须分析新仪器提供的数据。在现有的测量和控制系统中，这通常意味着数据必须由控制系统采集并发送到工厂历史学家或SCADA系统，在那里它成为系统企业级数据库的一部分。

用于诊断由这些仪器提供的数据的软件必须购买，安装和配置。在某些情况下，此类软件不存在，因此工程师必须编写程序，手动执行计算，或者弄清楚如何使用工厂现有的资产管理，维护管理或历史数据软件来执行所需的数据分析。

在最坏的情况下，工厂必须：购买额外的计算机硬件，如服务器和专用计算机; 购买必要的软件或支付书写; 聘请外部顾问实施设备监控系统; 并进行培训，使工厂人员熟悉新系统。这样的安装可能花费六个数字，需要很多个月才能部署。

然而，今天，无线仪器和低成本应用程序可以将以前成本的一小部分监控泵，蒸汽疏水阀和其他设备，并在更短的时间内进行监控。在本文中，我们将介绍如何通过无线HART®仪器和作为应用程序运行的专用软件分析来实现设备监控。

无线 HART基础知识

无线 HART在过去十年中一直是无线通信的行业标准之一。由数十家供应商支持，由独立的FieldComm集团组织管理，艾默生仅拥有近30,000个无线网络，拥有超过80亿小时的运营。由于无线网络不需要有线基础设施，无线仪器可以安装在有线4-20mA或现场总线仪器的三分之一到五分之一的成本上。

非侵入性仪器，包括过程温度变送器，通过消除对管道切割，钻孔或焊接的需要，进一步降低安装成本，并消除泄漏点。诸如声学（用于蒸汽疏水阀和泄压装置监测），腐蚀，振动，阀门位置，DP流量和碳氢化合物泄漏检测的其他传感器可用于各种夹紧，螺栓，磁性和滑移形式。

无线系统易于安装，特别是对于具有自己的电源模块的无线仪器。这些仪器不需要电源接线，所以它们几乎可以安装到任何地方来监控任何东西。所有无线系统需要的是一个或多个无线仪器，与仪器通信的网关以及从网关到控制或监控系统的有线连接的组合。这种有线连接通常是以太网或Modbus。

一旦设置了无线基础设施来监控一个或多个设备，则可以以极少的边际成本添加附加的无线仪器，每个设备都加入现有网络（图1）。

图1：WirelessHART基础设施可以满足整个化工厂的监控需求。

多个无线电仪器形成网状网络，使得数据可以从一个仪器传递到另一个仪器，从而在一个仪器出现故障的情况下避免障碍物，增加传输距离和提供网络的可靠性。

例如，添加蒸汽疏水阀监测系统是简单和便宜的。当罗斯蒙特708无线声发射机安装在疏水阀上时，它们自动加入工厂的无线 HART网状网络，被无线网关识别，并开始传输数据。仪器夹在现有管道上，无需进行过程穿透或焊接，并进一步简化安装。

更简单的软件

软件应用程序或“应用程序”从这些监测点收集原始数据，并执行分析以确定工厂设备和资产的状况。这允许用户更好地了解操作，从而提高可靠性和能源效率。

与智能手机和平板电脑的应用程序一样，这些类型的工业应用程序正在成为供应商向最终用户提供软件，取代更多传统软件产品的常用方式。像智能手机和平板电脑应用程序一样，这些工业应用程序是轻量级的，低成本的软件应用程序，需要很少的公司IT支持。以下示例使用Emerson Plantweb ™ Insight应用程序作为示例，一般称为应用程序。

这些软件应用程序利用具有嵌入式领域专长的预构建分析来诊断工厂资产的健康状况。可以在运行在PC，笔记本电脑，平板电脑或智能手机上的Web用户界面上访问和可视化所得到的信息和见解（图2）。仪表板和图表使信息的导航和解释变得简单，因此需要进行最少的培训。这些应用程序包括确保安全性的功能，包括基于角色的访问。

图2.艾默生的Plantweb Insight应用程序可以从任何能够托管网络浏览器，包括PC，平板电脑和智能手机的设备安全访问。

例如，每个应用程序都可以使用简单而便宜的插件解决方案来处理特定的资产，例如蒸汽疏水阀，泵，热交换器和其他物品。这些应用程序独立于工厂的控制系统运行。该应用程序包是作为一个“虚拟机”提供的，使得安装简单，易于管理，同时可供多个用户使用。不需要特定的硬件 - 只有虚拟化环境。

这些应用程序都是专为特定资产而设计的，使其实现快速，简单和便宜。这与通用数据分析解决方案形成对比，通常需要最终用户进行广泛的配置或编程以产生有意义的结果。

这些应用程序可以访问无线网关，从而将数据从无线乐器转移到应用程序。安装网关后，可以以最低的成本添加其他无线仪器和应用程序。在大多数情况下，额外的仪器将使用相同的网关，具体取决于连接的仪器数量，应用程序可以连接数百个网关。

每个应用程序可以通过有线连接到设备的网关或从无线I / O卡获取数据。每个应用程序还可以通过诸如OPC UA和Modbus TCP / IP之类的行业标准接口访问来自历史数据库，数据库或其他来源的数据。

简而言之，这些应用补充了工厂现有的控制和监控系统，不会干扰现有的操作。这意味着设备诊断可以与任何传统控制和监控系统并行完成。这是重要的，因为大多数化学工厂都有非常严格，昂贵和耗时的方法来将输入点添加到现有的控制系统。由于这些是大多数情况下的监控点，不用于控制，因此可以比用于控制的输入点更快速，更经济地进行安装和调试。

无线监控和基于应用的解决方案的典型设备包括：

• 蒸汽疏水阀

• 热交换器

• 水泵

• 管道和容器受到腐蚀

• 泄压阀

• 安全淋浴和洗眼台

以下部分将详细说明如何对各种设备进行操作。

蒸汽疏水阀监测

蒸汽疏水阀（图3）由于添加有线仪器和附带的分析软件所需的费用，不会在化工厂自动监测。相反，许多工厂依靠手工回合，维护技术人员每年测试一次或两次，并寻找泄漏的迹象。通过手动回合，大部分分析是根据进行测量和观察的人的判断，引入不一致和错误的可能性进行的。

手动回合通常无效，而且轮次之间可能无法发现许多问题。估计大型石油化工厂的18％的蒸汽疏水阀每年都会发生故障，每次造成约16,000美元的额外燃油和蒸汽成本。

图3：监控疏水阀需要添加一个无线声学传感器。

通过安装无线声学传感器和疏水阀应用程序，工厂可以快速识别无法打开或关闭，泄漏或正在工作的蒸汽疏水阀。维修或更换可能发生在发现问题而不是等待下一个手动轮。

声学蒸汽疏水阀监视器简单地夹在蒸汽管线上，因此在安装过程中不需要关闭该过程。一旦安装，技术人员将输入Join Key信息，并且监视器自动加入无线网络并开始向网关发送信息。安装只需要几分钟，主要取决于访问安装位置的困难程度。

声学监听器“侦听”到蒸汽管线，并将数据传送到网关。然后将来自网关的信息发送到蒸汽疏水阀应用程序，该应用程序使用算法来识别故障模式（良好，通风，冷，不活动）。该应用程序还自动执行对经济和环境影响的分析，显示在能源成本过高和排放损失方面。

热交换器监控

可以分析来自安装在热交换器上的无线温度，压力等仪器的数据（图4），以识别异常情况，例如用于快速冷却裂化乙烯的输送管线交换器中的加速结垢的早期检测。分析还根据传热降解和经济计算确定了清洗交换器的最佳时间。

图4：Heat ExchangerInsight应用程序可以使用WirelessHARTtemperature仪器中的数据，知道何时设备保健，已经达到惊吓状态，或者已经达到危险状态。

换热器应用提供对管壳式热交换器的深入监测。它可以确定：

• 实时热交换器状态和警报

• 热负荷

• 结垢因子和比率

• 传热系数

• 基于基线捕获的过程变量阈值

这个和其他信息是通过用户界面实时提供的。

泵监控

化学工业中的许多泵不受监控，这通常是因为将仪器仪表回到控制系统的成本高昂，特别是在危险区域。历史上只有那些被认为是处理操作至关重要的泵已被监控。

无线仪器可以监控泵，无论它们位于化工厂，而不需要增加新的接线。泵诊断应用程序可用于监控泵的运行。

完整的泵监测系统需要安装：无线压力仪器来测量入口和出口处的压力; 无线振动仪器;泵和电机上的无线温度仪表; 和无线流量仪器（图5）。可能需要附加仪器来监测泵密封，过滤器和其他系统。相应地，不太关键的泵可以进行检测以监测较少的测量点。

图5：配有无线流量，压力，振动和温度仪表的泵提供了艾默生的Pump Insight应用程序检测问题所需的数据。

泵应用程序监视器：

• 过滤器压差

• 振动分析

• 气穴

• 基于基线捕获的过程变量阈值

该应用程序提供了泵气蚀，堵塞过滤器，死头泵以及早期轴承和齿轮磨损的警告，以及迫在眉睫的密封泄漏。

腐蚀监测

腐蚀和侵蚀可能对工业企业基础设施的安全可靠运行造成负面影响，往往造成严重后果。无线非侵入式腐蚀监测允许用户立即查看管道厚度 - 腐蚀的最佳指标。

腐蚀监测应用程序进一步了解管道完整性和腐蚀/侵蚀速率。从多个点传感器获取数据，该应用程序在发生泄漏或溢出事件之前，更加深入地了解并立即通知问题区域并降级设备，优化操作并提高安全性。

结论

无线仪器和附带的应用简化了设备监控系统的安装，配置和维护。这些系统可以在几个小时或几天而不是几个月内上线，通常是传统有线仪器的成本加上大型复杂的分析软件的一小部分。在许多情况下，在几个月内实现回收，并且可以以最低的成本安装初始系统来证明可行性。