在最近舉行的一次流程工業(yè)用戶會議上，我隨意詢問了一些工程師，他們用來監(jiān)控工業(yè)過程的儀表是否足夠多了。我得到的回答因人而異，但大多數(shù)工程師表示，他們能夠利用的過程數(shù)據(jù)似乎比以往更豐富了。一位反對者提到了一則他曾聽說的報道：某家知名的煉油廠商將整個工廠范圍內(nèi)的所有儀表按照重要程度作過分類。一部分儀表被認(rèn)定是極為重要的，而其他一些儀表則被認(rèn)定“即使出現(xiàn)故障，也沒必要更換掉”。
我們得到的信息乍一看似乎太過繁冗，但即使在最壞情況下，這種繁冗也只可能造成一些資源浪費(fèi)或者為操作人員帶來些許麻煩。相反，如果采集到的流程及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)不充分，則有可能使監(jiān)控的效果打折扣，嚴(yán)重時還會帶來安全隱患。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，儀表配置的靈活性已經(jīng)今非昔比了，但是最終的配置方案與其說是科學(xué)，卻更像一門藝術(shù)，而且往往要視應(yīng)用場合而定。
西門子能源與自動化集團(tuán)的化學(xué)及生物燃料業(yè)務(wù)專家Praveen Muniyappa說：“這些都需要在過程控制的設(shè)計階段定下來。有些時候，儀表的數(shù)量是足夠的，但是用戶并沒有利用到儀表提供的所有信息。而更多的時候，工業(yè)過程中缺乏足夠的儀表。顧客希望多增加幾臺儀表，從而獲取額外的參數(shù)。這些參數(shù)可能是關(guān)于安全等級的，可能是關(guān)于流程控制的，也可能是關(guān)于溫度的等等。用戶當(dāng)然希望增加儀表，但是他們又不得不直面現(xiàn)有的條件?！?/P>
工程師在設(shè)計一條全新的流水線或者進(jìn)行大面積設(shè)備升級時，如果采用較多的儀表，勢必會帶來較高的成本，而如果想縮減設(shè)備數(shù)量，配置就顯得過于寒酸了。工程師們要做的就是在這兩者之間求得平衡。英維思過程系統(tǒng)負(fù)責(zé)現(xiàn)場設(shè)備業(yè)務(wù)的副總裁Brian Dickson說：“如果設(shè)計過程采用了EPC（工程總承包）的方式，那么你就可以通過實(shí)際測量掌控每一個環(huán)節(jié)，最終獲得理想的結(jié)果。在檢驗(yàn)階段，大量設(shè)備往往會因?yàn)槿狈ψ銐虻氖褂脙r值而被忍痛割愛。在過去的15到20年中，配置單臺儀表的費(fèi)用確實(shí)有所下降，但是建立一整套系統(tǒng)仍然需要大量的花費(fèi)。因此許多儀表即使從設(shè)計的角度看是必需的，也不得不接受被剔除的命運(yùn)。因?yàn)槲覀儠l(fā)現(xiàn)，在其他位置進(jìn)行測量的效果可能會更好。”
無線、現(xiàn)場總線以及其他一些網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)確實(shí)能夠降低儀表的安裝費(fèi)用，至少也能夠減少布線費(fèi)用。但是在添加新設(shè)備時，我們必需認(rèn)真考慮成本和收益之間的關(guān)系。
量入為出
一家公司會出于各種各樣的原因?yàn)橐粋€流程或者相關(guān)設(shè)備添加更多儀表。其中最普遍的原因有：
■ 升級一個過程控制平臺以實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的控制手段，或獲取更多的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的實(shí)際應(yīng)用。
■ 新的安全標(biāo)準(zhǔn)要求增加額外的液位或壓力監(jiān)控點(diǎn)。
■ 在可旋轉(zhuǎn)設(shè)備中增加狀態(tài)監(jiān)控功能，幫助設(shè)備維護(hù)。
每一個項目都應(yīng)該有明確的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)或動力，以便與該項目全部的花費(fèi)做對比。有時候，當(dāng)操作人員希望增加一個或一小批設(shè)備時，至少在利益層面我們很難用具體的數(shù)字去衡量這樣做的利弊。
增加設(shè)備時，我們要考慮的是實(shí)際成本，而不是保守估計的花費(fèi)。例如：
■ 設(shè)計和編寫文檔的花費(fèi)；
■ 設(shè)備采購價格；
■ 實(shí)際的安裝和布線費(fèi)用；
■ 把新數(shù)據(jù)整合到DCS系統(tǒng)的花費(fèi)；
■ 連續(xù)不斷的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。
這些獨(dú)立成本在總成本中占據(jù)的比重由設(shè)備安裝的復(fù)雜程度決定。例如，你可以移除一段1/4英寸長的管道接口換上一臺壓力計；也可以切開管道安裝一臺帶有長管的流量計，并把它的輸出整合到你的控制系統(tǒng)以及人機(jī)界面里。兩者在成本構(gòu)成上有著巨大差異。
明確收益
一位服務(wù)于某家大型石油制造企業(yè)，不愿意透露姓名的自動化咨詢顧問表示，他并不確定為設(shè)備安裝監(jiān)控傳感器是否能夠獲得利益。由于生產(chǎn)線上的大部分關(guān)鍵設(shè)備都采用串聯(lián)可替換模式安裝，我們有必要考慮一下，是不是真的可以開啟一臺泵，直到它不能工作為止？這位顧問經(jīng)過觀察后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一臺泵停止轉(zhuǎn)動時，石油生產(chǎn)商只會簡單地?fù)Q用另一臺泵，并把故障泵內(nèi)部的電機(jī)更換掉。這位顧問認(rèn)為，如果一臺泵運(yùn)行正常，那么加裝監(jiān)控儀表是不會帶來任何利益的，因?yàn)樗鼈兗葲]有延長電機(jī)的壽命，也沒有降低維修成本。
但是事實(shí)并不總是這樣。有時候你必須增加一些新的儀表。在升級過程控制系統(tǒng)或者增加新的安全功能時，你可能需要采集更多的數(shù)據(jù)，從而用到更多的儀表。例如：
Dickson說，當(dāng)他在一家精煉廠作危險情況分析時，他必定會在流程中增加溫度測量點(diǎn)。他說：“采用傳導(dǎo)傳感器能夠起到一箭雙雕的效果，因?yàn)闇囟仁莻鲗?dǎo)過程的一部分。傳導(dǎo)性為我們的分析提供了測量依據(jù)。我們可以通過測量傳導(dǎo)性對熱轉(zhuǎn)換器進(jìn)行診斷。如果其中有管子破損，那么傳導(dǎo)性將會發(fā)生變化，我們就會收到警報。這樣做會對流程的運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)同時起到積極的影響。盡早檢測出一支管子的破損能夠挽回成百上千美元的損失?！?/P>
GE Sensing的全球產(chǎn)品經(jīng)理Tim Wortley對用戶增加測量儀表的動機(jī)有不同看法。他說：“在生命科學(xué)行業(yè)，改變一個流程真的很困難，相關(guān)人員往往是因?yàn)槟承┯残砸?guī)定才會去采集一些額外的數(shù)據(jù)。一些人表示：‘你測量某個過程參數(shù)的原因就是你必須這樣做?！@樣做不會為你節(jié)省開支。每個人都渴望通過增加測量儀表提高流程的運(yùn)行效率，但是我們添加儀表的最大動機(jī)恐怕還是出于一些規(guī)則的要求。”
通常情況下，儀表在采集主變量之余，還能夠采集一些其他類型的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常作為儀表內(nèi)部的補(bǔ)償系數(shù)。
但是，HART或其它現(xiàn)場總線通信協(xié)議能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)利用起來。這幅圖表（右邊部分）展示了一臺
科里奧利流量計是如何利用直接測量得到的數(shù)據(jù)計算其它變量的。
要數(shù)量還是要智能？
過去十年內(nèi)制造的大部分儀表都具備了HART通信功能。HART通信不僅支持詳細(xì)的診斷功能，還能夠提供有用的次級變量。例如，許多種類的壓力由于需要作內(nèi)部溫度補(bǔ)償，因此具備了測量溫度的能力。一般而言，溫度變量能夠通過HART通信讀取。
英維思過程系統(tǒng)的現(xiàn)場總線市場經(jīng)理Gary Cusick經(jīng)過觀察后指出：“用戶關(guān)注的問題是能否從當(dāng)前的儀表設(shè)備中獲取更多信息。這種希望借助一臺安裝在現(xiàn)場的儀表就能獲取類型更豐富、數(shù)目更龐大的信息的理想，才是推動基金會現(xiàn)場總線、Profibus PA和WirelessHART 發(fā)展的真實(shí)原因。多參數(shù)傳感器的出現(xiàn)使我們能夠從一臺儀表中獲取更多數(shù)據(jù)，把我們從許多不同類型的儀表中解放出來。而且，隨著數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展，儀表的安裝密度有了提高。我們了解到，用戶把系統(tǒng)升級到數(shù)字總線的最重要原因之一就是看中了它的智能功能。以生產(chǎn)線生命周期維護(hù)為例，從前維護(hù)人員要按照預(yù)定周期拆卸一部分舊儀表并換上新儀表；現(xiàn)在儀表卻能夠自行通知維護(hù)人員‘我需要維護(hù)了’。新技術(shù)既延長了維護(hù)周期，又減少了維護(hù)過程中的硬件成本和勞動力成本?！?/P>
有時候，想獲取更豐富的信息并不一定要采用更復(fù)雜的現(xiàn)場通信協(xié)議。西門子的Muniyappa說：“大部分I/O通信系統(tǒng)支持4-20mA，但是我們已經(jīng)看到，開始有越來越多的用戶愿意采用兼容4-20mA的HART I/O通信系統(tǒng)。它們既能兼容傳統(tǒng)儀表，又不影響對HART 數(shù)據(jù)的采集和獲取，這一點(diǎn)是從前的系統(tǒng)所無法做到的。但是，如果一套遺留下來的老系統(tǒng)只能夠接收4-20mA信號，我們唯一的選擇就是通過多路器或通信接口將HART信號采集下來，并拆分為多個模擬量參數(shù)。假如你有一個儲存了兩種液體的容器，兩種液體分上下層排列。你可以利用一臺TDR（時域反射式）雷達(dá)液位計同時測量容器中液體的高度和分液面的高度。4-20mA主信號代表頂層液位高度，HART信號就能提供另一個4-20mA變量，代表分液面的高度。”
雖然這些次級變量被認(rèn)為是額外的數(shù)據(jù)，但是它們有用與否與用戶的需求和測量的位置有關(guān)?；氐轿覀冎暗睦?，一個壓力變送器傳來的溫度數(shù)據(jù)可能是被測液體的溫度，也可能代表了傳感器的溫度，要視變送器的結(jié)構(gòu)而定。次級變量首先是為主變量服務(wù)的，這方面，不同的生產(chǎn)廠商提供了不同的選擇，例如，壓力傳感器不是一定要提供溫度數(shù)據(jù)的。最重要的是，我們必須明白數(shù)據(jù)的含義及其刷新頻率。弄清這些問題后，你就能夠合理地使用數(shù)據(jù)了。
霍尼韋爾過程解決方案資產(chǎn)管理部門的產(chǎn)品經(jīng)理John Yingst說：“在DCS系統(tǒng)中，使用HART設(shè)備提供的次級變量是‘有條件的’。我們確實(shí)可以對次級變量加以利用，但是必須弄清楚這些變量的來源以及它們代表的意義。一臺壓力變送器傳來的溫度數(shù)據(jù)是反映流體溫度的還是反映周圍環(huán)境溫度的，或者說介于兩者之間？對于一個閥門執(zhí)行器，你是否知道哪一個變量代表了閥門的確切位置？不是所有的閥門都由相同的變量構(gòu)成，所以在投入實(shí)際使用前，相關(guān)人員必須先對它作一番測試。同樣，由于DCS系統(tǒng)中的大多數(shù)HART I/O都采用了多路復(fù)用的方式，帶寬無法得到保證，尤其是對于那些需要一定帶寬的設(shè)備更是如此。在將控制系統(tǒng)交付使用之前必須對帶寬作一番徹底的測試。盡管有那么多問題需要注意，一些內(nèi)行的用戶仍然表示他們已經(jīng)成功地在控制邏輯中使用次級變量了?！?/P>
過程中的要點(diǎn)
配置一臺新儀表的工作包括實(shí)際設(shè)備安裝、通信基礎(chǔ)設(shè)施搭建以及配套的工程計劃。采用現(xiàn)場總線協(xié)議和無線儀表能夠降低通信設(shè)施成本，卻會增加數(shù)據(jù)的規(guī)模和復(fù)雜性。大多數(shù)控制系統(tǒng)和儀表設(shè)備生產(chǎn)商正在努力簡化儀表的安裝工作。
Muniyappa說：“許多控制系統(tǒng)供應(yīng)商推出了圖形化的人機(jī)界面，使HART數(shù)據(jù)的利用變得非常簡單。如今，他們已經(jīng)預(yù)先設(shè)計了模板，使用戶不必掌握不同HART參數(shù)的含義。由于他們預(yù)先設(shè)計的界面包含了標(biāo)簽名稱、設(shè)備代碼、接入時間、最大最小量程等等，因此用戶根本沒有必要通過邏輯分析弄清所有的HART參數(shù)?！?/P>
然而，實(shí)際安裝一臺儀表及其輔助設(shè)備的價格還是很高的。Muniyappa補(bǔ)充說到：“如果你想獲得一大片油庫內(nèi)某個油罐的液位或壓力測量數(shù)據(jù)，那么單純的布線成本就高達(dá)幾千美元，相應(yīng)的勞動力成本也差不多是這個價。事實(shí)上，一臺變送器的成本只有兩千美元，但是算上工程、設(shè)計、文檔編輯的花費(fèi)，實(shí)際成本可能要翻五到六倍。假設(shè)在某項應(yīng)用中，我們計劃安裝一臺雷達(dá)液位計。這種設(shè)備帶有直徑兩英寸的接口，然而油罐上只有一個1.5英寸的接口。這時，我們必須找到一種技術(shù)，在現(xiàn)有條件不變的情況下仍然能夠獲得最佳性能。對用戶而言，為了修改或增加一個接口而關(guān)閉某個油罐可能會造成一到兩萬美元的損失。作為儀表供應(yīng)商，我們可能認(rèn)為增加一臺儀表是非常簡單的事；但是對最終用戶而言，這可是一個大問題。”
有些情況下，如果一家工廠采用的是較早期的控制系統(tǒng)，那么增加數(shù)據(jù)采集點(diǎn)可能比較困難。Moore Industries的副總裁Scott Saunders說：“早期的系統(tǒng)往往無法擴(kuò)展出新的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。如果正常的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量已接近上限，那么增加更多的I/O設(shè)備將會嚴(yán)重影響現(xiàn)有控制系統(tǒng)的掃描速率。在這種情況下，采用新型I/O設(shè)備能夠使你在不降低核心控制系統(tǒng)性能的前提下，充分增加I/O設(shè)備的性能。這些集中設(shè)備具備了實(shí)時控制引擎、報警功能，現(xiàn)場運(yùn)算及其他功能，成本卻相對低廉?！?/P>
歸根結(jié)底，你是否需要增加新的設(shè)備或者利用現(xiàn)有設(shè)備獲取更多數(shù)據(jù)一方面要結(jié)合每個生產(chǎn)過程的特殊性考慮，另一方面要看你準(zhǔn)備采用什么辦法保證生產(chǎn)過程平穩(wěn)、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。如果某個過程運(yùn)行穩(wěn)定，那么我們只需要掌握最少的數(shù)據(jù)。但是，當(dāng)過程中出現(xiàn)故障時，掌握越多的信息就越有助于發(fā)現(xiàn)故障。事實(shí)上，操作人員希望掌握更多的信息。與工廠運(yùn)營中的大多數(shù)問題類似，你對生產(chǎn)流程的掌握程度決定了你能夠獲得多大利益
（轉(zhuǎn)載）
