在遗留环境中通信诊断数据

北美的一家纸浆和造纸厂最近解决了一个恼人的问题，即磁性流量计行为不正常，通过使用无线设备来报告诊断信息，而不是通过有线I/O。该工厂的仪表和控制系统架构在很大程度上是传统的，主要使用有线的4- 20ma现场仪表和阀门，由可编程逻辑控制器(plc)和分布式控制系统(dcs)控制。最近，工程人员在发电站区域安装了一个新的WirelessHART网络(IEC 62591)，以方便了解无线仪器和部署额外现场设备的实用性，而无需正常的布线成本。位于以太网工厂信息网络上的艾默生智能无线网关设备提供与无线网络的通信。位于工厂信息网络上的主机设备可以访问和集成来自无线设备的实时数据，以改善工厂的运营。

工厂的布局

问题设备位于工厂的废物处理区域，该区域通常距离无线网络所在的发电厂区域约500英尺。废物处理区处理工厂的各种废水，使其环保和安全排放。安装在废物处理区域的现场设备包括各种4-20 mA的HART仪器，用于测量直接连接到PLC的过程变量，如压力，温度，流量和液位。PLC配置为在控制室的操作控制台显示过程值。控制室和仪表车间都位于距离现场仪表几百英尺的地方。

用于测量废水处理区域流出流量的磁性流量计突然成为工厂人员关注的焦点。这个特殊的流量计开始经历随机的，间歇性的故障，导致它报告不可接受的流出流量变化。在一个典型的报告场景中，一个月重复两到三次，仪器技术人员会在凌晨接到区域操作员打来的可怕的电话，通知他控制室的计算机屏幕显示流出物的流速已危险地接近允许的极限。呼叫后不久，仪表技术人员必须到达安装流量计的工艺区域，直接从流量计显示中读取值，并验证流出流量正常，在范围内并且稳定。当仪表技术人员看到流量计上稳定的流出流量值与控制室操作员可获得的信息不一致时，冲突就会出现。没有明显的过程或环境条件会触发间歇性故障。由于具有随机性和间歇性，因此工厂人员不可能重新创建故障以进行诊断和测试。

由于存在潜在的违反环境法规的风险，以及基于错误信息采取纠正措施导致工厂混乱的风险，工厂管理部门对这一问题进行了严肃处理。事实证明，这种情况超出了仪表技术人员的技能范围，并且对生产产生了负面影响，而操作人员试图确定流出流量是否真的发生了变化，或者是稳定的，但在控制室监视器上显示错误。

追查原因

与艾默生过程管理专家合作的工厂人员一致认为，多种因素可能导致间歇性故障问题。一般来说，磁流量传感器对电噪声非常敏感。故障的随机性和间歇性通常表明，由于两个或多个设备通过不同路径连接到公共地，流量计可能存在潜在的接地环路噪声问题。正如许多经验丰富的故障排除人员所知，对间歇性故障的调查通常非常昂贵且耗时。虽然流量计具有生成诊断数据的能力，但网络无法访问它，这是许多过程工业中常见的问题。

工厂经理考虑了解决问题的各种解决方案，检查了资本和劳动力成本、实施时间、所需资源、风险/回报分析、所需的过程停机时间等等。备选方案分为三大类:

•大规模的资产置换
•有限的资产置换
•增强现有资产的功能。

第一种方法是最昂贵的，并且花费了最多的时间来实现。它包括更换工艺设备资产(如泵，管道等)和增加新的I/O多路复用卡，将流量计连接到DCS而不是PLC。

有限的更换方案主要是更换流量变送器、流量油管和重新连接流量回路。

第三种选择是增强现有资产的功能，这是最具吸引力和最经济实惠的选择，因为工厂已经在流量计500英尺范围内安装了无线shart网络。

访问信息

几乎所有HART仪器都可以提供诊断和处理数据，然而这些有价值的信息通常没有被使用，因为许多旧的遗留系统连接到接收4- 20ma信号，但没有配备接收HART通信的设备。许多直接连接的HART多路复用器产品可用于访问这些数据。然而，在这种情况下，与WirelessHART方法相比，有线方法过于昂贵、复杂和耗时，因此被驳回。使用艾默生的THUM适配器升级传统的4- 20ma现场设备是一种简单且经济高效的策略，可以访问搁浅的诊断和过程信息。它可以改造任何两线或四线HART设备，不需要特殊的电源要求，使测量和诊断信息的无线传输与过程变量并行。它可以直接安装在设备发射器上，也可以单独安装。这些设备作为自组织无线现场网络的组成部分运行，提供现场智能，以提高质量、安全性、可用性、操作和维护成本。

在这个应用中，废水处理区域的污水流量计的位置不是最佳的，不能促进THUM适配器和安装在发电厂的无线网络之间的可靠通信。为了提高通信的可靠性，该设备与流量计分开安装在一个较高的位置，从而改善了视线，从而为未来的无线设备创造了一个无线天线。

考虑到必要的基础设施已经到位，实现很简单。除了无线网关之外，该工厂还增加了艾默生资产管理系统(AMS)平台，因此，与其他选项相比，在系统中增加一个设备是微不足道的。一旦使用诊断选项激活THUM, AMS设备管理器就可以远程在线访问诊断和处理信息。这使得仪器技术人员可以在工厂控制室验证流量计的测量结果，而无需前往现场。

追踪它

由于无线发射机由4-20 mA HART设备供电，因此它与可能从许多不同来源引入管道系统的杂散地环路信号隔离。因此，如果地面噪声引起的尖峰出现在有线流量计信号上，它不会自动转移到无线发射机输出。

AMS能够从远程位置连续监测磁流变送器中潜在的接地故障和接线故障。警报监视器可以配置为在过程噪声超过阈值时触发。

通过无线适配器访问HART数据的能力使技术人员能够使用AMS套件在他们的办公桌上对现场设备进行故障排除，从而优化维护计划，最大限度地减少停机时间，并减少在危险区域花费的时间。对设备诊断的在线访问允许用户持续监控设备，并在导致工厂关闭之前预测潜在问题。它还可以提高维护效率，因为过时的实践很容易导致过度的维护活动。一些行业专家估计，在现场安装的控制阀中，多达75%的控制阀通常会因进行不必要的维护而被拆除。将诊断数据与适当的分析平台(如AMS ValveLink软件)相结合，可以轻松地使数字阀门控制器支持在用阀门测试、警报监控和阀门位置趋势，从而避免不必要的维护并提高可维护性。

更大的集成

该工厂计划在工厂中使用OPC链接来监控内置在磁流量计中的累加器功能。其他变量，如模拟输出也可以通过OPC访问。这样的信息可以通过验证通过流量计的总加仑数来对流出物进行溢出分析。

无线仪器和有线网络的无线扩展提供了在整个工厂中以前难以到达、危险或负担不起的位置添加新的测量点的能力，从而获得以前无法获得的信息。这样的能力可以避免诸如代价高昂的环境泄漏或意外关闭等不良情况的发生。在这种特殊情况下，工厂实现了质量改进，减少了计划外停机时间，并通过最小的投资消除了间歇性故障问题，降低了维护成本。由于没有地面噪音问题，污水流量测量的准确性和可靠性得到提高，从而改善了废物处理区域的操作和安全性。

Steven Moore是艾默生过程管理公司的计量技术主管。

www.emersonprocess.com

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