自动化自动化:为什么智能设备必须手动配置?

近年来，控制工程不时讨论智能现场设备的发展。大部分讨论都集中在增加到发射器的功能上，但也有考虑到信息很难到达控制系统，因为旧的设备级网络无法处理这些信息。

其中一些与实际制造工厂中的工业网络现实有关。大多数使用了几年以上的工艺装置，都是在工厂建成以来的不同时期安装的自动化设备的混合体。当这种情况发生时，大多数系统最终会以最低公分母模式工作，在这种模式下，总体性能并不比最老的部分更好。这在与现场设备通信的网络中经常可见，如果它们只是普通的模拟设备。

很长一段时间以来，控制系统供应商提供了比普通模拟I/O更复杂的功能。支持本机hart的I/O已经存在多年，尽管许多拥有较旧系统的公司还没有实现它。(那些认为没有理由改进，并且对使用哑I/O感到满意的公司不在本文讨论的范围内。)大多数以HART设备和基础设施(支持HART的I/O和多路复用器安装)的方式部署的都使用自20世纪90年代初就存在的HART 5。最近，一些主要的系统供应商引入了可配置的I/O，可以通过软件或硬件模块进行更改。

这种可配置的I/O(至少与HART设备相关)为用户与智能设备交互并实现它们所提供的所有好处提供了最新的机制。它可以与HART 6和7发射机充分交互，利用所有最新的诊断数据和控制系统与设备之间的双向通信。(现场总线用户指出，他们一直都有这种功能，但稍后会详细介绍。)

许多大型加工厂业主，如炼油厂运营商，都认为这是一项重大的技术进步，将大大简化未来的项目。支持hart的复杂设备将具有同样复杂的通信路径，实现成本更低，更容易排除故障，并且更加灵活。

这是很大的进步，但是……

让我们考虑一下今天的背景。在过去的几年里，有一些有趣的讨论，过程制造商对自动化行业的现状以及他们希望从供应商那里看到的东西表达了更多的意见。细节各不相同，但有一些共同的主题:

自动化是支持流程的基础设施。因此，设计自动化系统的人必须满足化学工程师和其他设计工艺的生产人员的需求。如果这些元素中的一个发生了变化，自动化系统必须适应这种变化，这可能会打乱所有的事情，并将自动化放在项目的关键路径上。目前可用的自动化硬件和系统并不总是容易适应这些后期更改。

太多的自动化设备必须为特定的应用程序设计，并且是高度定制的。这使得它昂贵，难以改变，并且工程密集。必须有大量的文档和测试。能够用更少的通信方法和协议使用更标准化的现成设备将是一个巨大的帮助。

清单还可以继续列出，但让我们只讨论与仪器仪表相关的事情。

许多用户对现在市场上的新的可配置I/O系统非常感兴趣。他们认为这样的系统是供应商倾听的证据，并希望利用这种巨大的灵活性进步。支持HART的仪器的用户反复提到他们想要摆脱的两件事:编组柜和HART多路复用器。可配置I/O可以消除这两者。(现场总线用户会指出他们不需要这些东西。)

那么问题是什么呢?

所有这些进步都被认为是美妙的，而且是理所当然的。但是设备配置问题一直困扰着我们。在过去几年中，必须在典型智能设备上设置的参数数量显著增加。负责输入设置的人必须经过一行又一行的问题和答案才能完成这一切。确切的数字因设备类型而异，但需要一段时间。基金会现场总线用户表示，使用该系统进行配置可能会快一点，但它使用的对话方式基本相同。

一些客户与供应商合作预配置设备。当它们从盒子里出来时，它们已经有了范围、工程单元、警报等，内置在发射机里，所以它是即插即用的。如果你在订购设备的时候有所有的信息，这是有效的，这意味着在这个过程的早期。这也意味着在设备订购和调试期间，配置细节不能改变。这两个限定条件降低了这种方法的实用性。

一些用户问的问题是，“为什么我们不能让系统为我们做配置呢?”控制系统可以从给定的现场设备获得所需的所有信息。它知道PT215是0-30 psi，应该在25 psi触发警报，等等。所有的信息都在系统里，而且是最新的。为什么技术人员必须查看这些信息并手动输入设备?”

上个月，ExxonMobil开发公司的高级仪表和控制顾问Timm Madden在横河用户组发表了题为“It Just Happens”的演讲。他谈到了该公司在炼油厂项目中试图避免自动化的许多方法。我们的目标是让自动化隐形。应该很少有问题，它似乎是凭空出现的，从一开始就在做它的工作。

埃克森美孚一直是解决自动化问题的声音公司之一，它给供应商社区带来了一些挑战。在Madden的演讲中，有些要点是技术性的，有些是程序性的，但他花了相当多的时间谈论智能设备配置。他描述了埃克森美孚正在研发的一种名为“DICED”的系统。“设备配置的DICED过程”一节详细解释了这一点。

Madden指出，埃克森美孚希望将硬件标准化，并在软件上进行项目所需的任何定制。配备了可配置I/O的现场机柜应该是一个可以在很短时间内交付的库存项目，完全测试并准备就绪。所有的信息都来自控制系统，通过网络，除了连接设备电缆外，技术人员基本上不需要做任何事情。一切都是预先测试的，所需的文档量大大减少。

他说，这样一个智能I/O柜可以放置在现场，除了光纤本垒打电缆和冗余电源外，什么都不需要。在旧的编组柜布线方案下，现场设备和控制系统之间可能有15到25个端子，现在有5个:2个在设备上，3个在机柜上。埃克森美孚还没有采用现场总线网络，更喜欢HART设备。Madden的论点是，在现场使用这种方法与智能I/O柜，使得不可能确定哪种技术，HART或现场总线正在使用。系统架构和产生的功能基本上是相同的。

设备配置的DICED过程

根据ExxonMobil开发公司的高级仪表和控制顾问Timm Madden的说法，当使用DICED(请看下面列表的首字母缩写)方法时，当新的HART 6或HART 7设备连接到使用可配置I/O的控制系统时，应该会发生以下情况:

检测,当一个新的(系统的)HART设备连接到可配置的I/O时，I/O通道检测到电流在以前不流动的地方流动。这意味着添加了一个新设备。

询问,I/O通道传输请求设备标签的HART命令。启用hart的设备响应其标记名称。如果新设备不是启用hart的设备，例如关闭阀，它显然无法响应初始请求。在这种情况下，DICED进程被中止，但是仍然可以生成通知给用户，报告在现场连接中发生了更改，并且很可能已经安装了一个新的DI或DO设备。

配置-一旦系统检测到并确定有一个新的启用hart的设备，系统就可以配置该设备的工程范围、工程单元和其他配置信息。我们的计划是购买只预先配置了标签的现场设备，然后让通常拥有最新数据的系统相应地配置现场设备。

使- - - - - -我们假设现场设备已在系统中配置，并与特定的控制策略相关联。请注意，我们未来的项目执行过程假设我们将在虚拟环境中完成大部分工程、配置和测试，但是我们可能不知道每个现场设备被配置到哪个I/O通道。因此，在这一步中，系统将知道新设备连接到哪个I/O通道，现在可以在控制策略和现场设备之间建立逻辑关联。一旦发生这种情况，就可以启用现场设备及其相关逻辑。

文档-假设上述所有步骤都成功完成，我们期望系统将在事件日志中报告这一成功。我们的愿景是，我们可以大大简化目前需要纸循环文件夹和大量实地考察的现场调试活动。

我们还相信，该系统可以自动化目前由工程师或操作员坐在控制台前与现场团队进行无线电联系的一些测试。例如，如果检测到的设备是一个控制阀，我们可以发送一个模拟输出到阀门，并通过HART读取其位置。因此，我们可以验证阀门正在工作，它没有卡住，它的故障模式(故障打开或关闭)是正确的，并且它在其范围内的位置是正确的。

我们认为实现DICED所需的所有电路都包含在可配置I/O模块中。现在的问题是如何实现软件以充分利用硬件。注意，DICED不需要对现场设备本身进行更改。

概念与现实

支持DICED所需的技术还不存在。但我们离目标有多近?埃克森美孚认为HART 6和7变送器已经准备就绪，新的I/O系统应该能够支持它。在准备本文时，我向生产仪器仪表和可配置I/O的四家主要供应商提出了“我们还有多远?”的问题。没有一个回答。

这一发展可能已经比我们所知道的走得更远，或者各种供应商正在采取与DICED不同的方向，但具有相似的目标。时间会证明一切。

彼得·韦兰德是个控制工程贡献内容专家。

关键概念:

• 新的I/O系统使HART设备更容易使用，但设备配置仍然主要是手动过程。
• 用户希望看到一种由控制系统直接向设备发送器支持自动化设备配置的机制。

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这是控制工程2014年10月印刷版和电子版封面故事。看到控制工程数字版档案．

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