从历史上看,新兴技术曾经给过程自动化领域带来根本性的变化——这种变化并不在于技术本身,而在于技术的新功能给过程自动化领域创造新的价值。
随着微处理器和数字通讯技术的运用,产生了分布式控制系统 (DCS)和智能化的现场仪表。这些技术的演变可以使用户更深入地了解其工厂——不仅了解过程变量,而且了解设备本身以及过程当前和未来的运行状态。正是由于获得了这些额外的信息,使运行更灵活,安全性更高,而且运行成本降低了,停车时间减少了,技术更新成本也减少了,从使企业的经营和运行性能不断提高。
然而,即使数字化工厂拥有这些创新技术和诸多好处,要使过程和设备运行情况达到新的水平,还有许多有待开发的潜在机遇。例如,受到费用或技术可行性等因素的限制,可能仍然无法获得许多对提高劳动生产率颇有价值的信息。
请设想一下,如果事先能够迅速检测出引起环境污染并受到巨额罚款的泄漏和排放;如果事先能够检测到管道内壁腐蚀、振动或温度漂移等影响设备使用寿命的潜在因素;如果工人不在控制室或维修车间时,也可以了解过程和控制信息那该多好呀。
在无线技术应用初期,技术人员早已考虑到“超越有线技术的新思路”,用来对上述问题
“令人振奋的是,厂内智能无线技术已经获得管理人员、工程师和操作人员的青睐。”艾默生过程管理总裁John Berra 在谈到他的智能无线产品时指出,“工程技术人员一旦开始使用这项技术,很快就能激发他们的灵感,可以把无线技术运用在更广泛的领域。这些新技术的先行者已是信心十足,他们要将无线技术推向更为广泛的应用领域。正是由于他们的努力,使我们的无线产品在世界各地的工业应用中获得可观的业绩。因此,我们更要不断拓展,以提供范围最为广泛的工业无线技术解决方案。”
今天,关于无线技术巨大潜能的众多讨论集中在下列问题上:如何迅速增加一台变送器来测量以前难以获得的过程参数,如何在现有安装条件下快捷方便地增加新的测量点。与以前的基金会现场总线一样,无线技术可望显著降低常规仪表工作的投资费用,并最终为控制系统策略带来根本性的潜在能力。
无论是现有系统的更新改造,或是设计一个新项目,现在无线技术仿佛给予系统设计师“开箱即用”的能力,直接就可以访问多个仪表变量和海量的系统诊断信息。谁能预言无线技术能够带来怎样的创造性呢?无线技术的优点还体现在可以减少实地占用空间,灵活性更高,扩展更方便等,这对于整个项目来说都是额外的收益。
无线技术能给用户带来什么?
在过去的技术浪潮中,我们看到并不是技术本身(如微处理器或数字通讯)在推动这些技术浪潮,推动这些技术浪潮的最主要动力来自对这些技术的运用。新技术的运用创造出的价值是推动新技术浪潮的最大动力。同样,无线技术的应用将推动以更加便捷和经济的方式来管理工厂内信息流的有效流动。
无线技术并不完全替代导线和电缆,至少目前并不是如此。但无线技术已成为一种新型的工具,可以使用户自由地解决那些无法经济地以纯有线技术来解决的问题。这种可能性是没有限制的。让我们来设想一下,如果一个工厂要求……
● 监视安全减压阀的工作情况,确保产品质量合格;
● 每周 7 天24 小时地监视安全喷淋器的工作情况,以便迅速采取措施;
● 无线振动传感器每天实时地汇报设备可靠性,而不只是每月、每季或每年一次;
● 实时地了解以前未监视设备(如截止阀等)的运行状态和与历史状态进行比较,使运行环境更加安全,提高劳动生产率;
● 操作人员不必在厂区范围内各处去收集数据;
● 对所有 HART 设备(包括以前不能进行通讯的设备)进行诊断,更好地进行设备管理
;● 工人可以随时随地访问电脑上的应用要求并完成其工作(包括观察现场报警情况并做出响应);
● 随时跟踪厂内所有位置上的人员和设备;
● 向指定的人群发送信息,无论他们在工厂的任何地方;
● 安全系统对人员进出工厂进行跟踪,并确保只有获得授权的人员才可进入
● 视频系统不仅巡视整个厂区范围,而且以经济的方式监视过程;
● 无线传感器监视设备和管线的腐蚀情况。
在目前的技术条件下,没有无线技术也可以实现上述许多目标。然而,由于电线电缆的成本或技术局限性,使得实现上述目标几乎是可望而不可及的。今天,价格低廉、易于实现的无线技术可以排除这些绊脚石,使用户可以更好地了解自己的工厂,并进而实现提高劳动生产率的最终目标。
“我们正在建造可以提供更多应用机会的基础设施。”维林-匹兹堡钢铁公司运行经理Gary Borham 这样说道。在这家公司里,无线变送器在场地拥挤的轧钢环境中测量冷却水流量和监视润滑系统的运行是否正常。“其结果是使我们获得更多难以接近区域中的有价 值的信息”,Gary Borham 说,“这让我们避免了非计划停车,使产品质量更符合客户的要求,同时提高了我们的劳动生产率。”
“自组织无线网络使用方便,适用性广,可以在短时间内安装完毕,这一点显得尤为重要。”-Cliff Esmiol(米尔弗特电力公司)
可以很方便地获取工厂和过程信息
对过程、设备和全厂的整体运行情况了解得越多,工厂的安全性和利润率也就越高。测量项目和次数越多,测量结果越精确,工厂就有更多的可能性来减少运行成本,提高产品的质量和产量,提高设备的可用度。此外,目前加工和制造的许多设备均提出新的工作环境和安全要求,工厂忙于了解测量和诊断信息,以便符合规定的要求。
因此,为什么有许多工厂不符合要求?在许多情况下,如果增加新的测量数据,其所需费用和难度往往已经远远大于可以感觉得到的利益。
传统的有线技术可以将测量点连接至控制、设备管理、维修保养系统或历史数据采集等。由于受到接线距离或工程复杂性的限制,这项工作要么显得不切实际,要么需要大量的人力财力物力才能完成。
无线技术完全摒弃传统有线技术的障碍,可以使用户毫不费力地访问以前由于技术或经济原因
远程基础设施?
米尔弗特电力公司位于美国康涅狄格州的沿海地区,装机容量500 MW。无线变送器监视11 座装有基础设施设备和水循环泵的厂房内的温度。在冬季,每一幢厂房中的小型加热器可以防止水泵系统结冰。以前曾经发生水泵系统结冰事故,结果融冰和调试等维修工作共花费3 天时间和20,000 美元。有线解决方案投资巨大,公司领导人望而却步,只得安排操作人员巡回检测11 座厂房内的温度。
无线技术在安装和投资费用上节省 75,000 美元,实现自动远程监视。“只花了2 小时左右将11 套设备分别安装在各厂房内,并实现互相之间的通讯,”维修保养经理Cliff Esmiol 说,“这些设备在厂房和其它建筑物之间互相通讯。”
事实上,工厂内建造的新的钢筋混凝土厂房完全阻断了变送器与网络中其它变送器之间的联系,但信号并未受到影响。
无线技术不只是打开访问传统测量门户的一把钥匙,如温度和压力等,而且也是访问仪表和设备信息的一种工具。
例如,目前工业过程中使用的基于HART 的几百万台智能设备均具有某种水平的诊断功能。可惜的是,许多工厂并不具有与之相适应的基础设施来接受 HART 数据,并将其传送到适当的系统之中。只有很小部分基于HART协议的智能设备采用数字技术来进行监视。因此,从访问这些各种类型的诊断信息中可以获得可观的潜在利益。
“安装 5 分钟后网络便可投入运行。此后系统一直正常工作。”-Tim Gerami(PPG 公司)
采用无线技术后,数据不必再分类整理。可以用无线适配器来升级现有的有线HART 设备,将诊断信息送回控制室或维修车间,使有关人员按要求采取适当的措施。过程控制信号继续通过有线连接进行通讯。
无线技术为你带来无限可能。以前因为考虑到巨大的投资费用,有些数据一直无法测量,现在机会来了,你将实现自己的期望。
“当艾默生向我介绍其无线解决方案时,他们说这是即插即用的,” PPG 公司高级设计工程师Tim Gerami说,“不得不承认,当时我就被说服了,使用如此简单,这令我兴奋不已”他继续说。“但现在我完全信服了。安装5 分钟后网络便可投入运行,此后系统一直正常工作。”
为流动作业人员服务
不少过程设备制造商都面临这样一个十分棘手的问题,即劳动力老化和有经验人力资源不足。无线技术为新一代工人的技术水平提升插上翅膀,如同今天蜂窝电话和便携式数字终端 (PDA) 之于流动作业人员一样。
即使在正常运行时, 大型工厂也有不少人员工作在远离控制室、维修车间或办公室的地方,这是普遍的现象。采用无线技术后,这些人员不必跑上很长距离或花费宝贵时间去寻找厂内其它人员,可以迅速快捷地获得所要求的信息,从而极大地提高他们的工作效率。
例如,无线技术已使操作人员能够在控制室舒适和安全的环境内执行许多控制和监视任务,但操作人员有时仍然不得不深入现场。有些公司规定其操作人员应进行例行巡回检测,以获得第一手运行数据。无线技术采用远程访问控制系统和设备管理系统,坚固耐用的无线PC 可以极大地提高他们的工作效率,工作人员根据观察到实时信息可立即采取相应措施。
如果操作人员在现场,那么控制室就可能无人来观察报警信息。通过整个厂区内的无线访问点,操作人员可以使用PC 或类似工具来访问重要的过程信息、历史 数据和图表,并能实现在控制室或其它地方才能实现的一些重要功能,主要包括在任何地点收到和查看报警信息。
提高工厂和过程管理
无线技术的应用,如人员和设备跟踪、无线安保视频监视等,已彻底改变办公室、医院、仓库和零售商店的运行模式。这些应用也可以解决过程环境内部的安保问题。
事实上,许多工厂早已采用无线技术来提升其安保工作。安装无线闭路电视摄像探头和RFID 门禁系统可以实现智能安全监视和控制,其工作范围包括根据安全级别限制进入特定区域、跟踪任何试图破坏安保系统的行为和帮助安保经理寻找潜在的隐患等。
无线定位技术可以使用户迅速查询和跟踪库存和重要设备信息,甚至查询和跟踪工作在厂区内外的人员。这可以大幅度地减少查询时间和精力,在经营方面发生重大转变、应急情况和新的施工项目期间,这种优点表现犹为明显。可以迅速地对人员进行定位这一功能也有助于提高安全性和劳动生产率。
从任何地方开始,现在就开始
艾默生过程管理的无线技术解决方案称为Smart Wireless(智能无线)。这不是一种自上而下或自下而上的模型。用户可以从工厂层面开始,然后向下延伸至工地;或者从工地层面开始,然后向上延
例如,用户是否要求进行其它过程测量,以提高产品质量或减少能源消耗?无线技术只要求1 个网关,在现场层面上建立自组织变送器网络。用户是否要求流动性访问工厂信息?无线技术可以建立工厂层面的无线访问点,便于操作人员随时随地获得他们所需的信息。上述这两种应用要求对用户都十分重要。使用从工厂直至现场的一体化Smart Wireless 无线技术体系结构:一石二鸟,何乐而不为?
简而言之,用户认识无线技术的非凡和神奇以后,可以随时开始实现这项计划——投入无线技术基础设施的费用远远小于实际应用。产品和技术均已开发成功,现在呈现在用户面前的是开始享受无线技术带来的价值。让我们以一个具体的应用项目开始着手,即使是一个很小的单元。用户可以感受无线技术应用所带来的以前只能想象的那种满足感和成就感。同时,用户将更加了解无线技术,更加坚定使用这项技术的信心。这是一项能显著提高效率和运行性能的技术,将为过程工业将带来令人注目的发展机遇。