实现无线过程感知

石油和天然气、化工、炼油、食品和饮料、电力和其他过程工业都面临着增加产量、提高过程效率、减少能源使用、降低维护成本、提高安全性以及满足联邦、州和地方数十项(如果不是数百项的话)法规的压力。为了实现这些目标，工厂必须监控过程的各个方面，从新仪器中获取数据，分析数据以将其转化为可操作的信息，并采取措施解决问题。

许多加工厂规模庞大，有很多机会改进操作。工厂人员从哪里开始?以下是使用策略监控任何地方任何事物的四个步骤。

步骤1:确定需要改进的地方

确定投资机会的第一步是确定与改进运营可见性相关的经济价值。例如，知道一项资产即将失败或运行效率低下的价值是什么?在估算经济价值之后，可以确定做出明智决策所需的度量和变量。

实现这一目标的一种方法是在无线系统供应商的帮助下，对工厂进行演练和/或管道和仪表图(P&ID)审查。无线专家和主要工厂人员在现场走动和/或检查P&ID图纸;检查设备和工艺;注意可用的仪表、布线和输入/输出(I/O)基础设施;并评估需要改进的地方。专家们确定了可以快速获得投资回报(ROI)的改进领域，例如监测蒸汽疏水阀或减压阀。

在某些情况下，植物专家已经知道需要什么。例如，加利福尼亚的一家公用事业公司希望在其联合循环工厂实现无线架构，以访问以前通过传统有线解决方案无法获得的数据(参见图1)。“我们需要监控冷却塔的性能，”工厂工程师说。冷却塔立管温度对于用于冷却塔性能的效率计算至关重要。

电厂还希望对涡轮机进行更好的监控。这包括温度监测，以防止过热，空气过滤器监测，以减少堵塞的过滤器对涡轮机效率的影响。“我们想监测涡轮室的温度，以检测强制空气冷却涡轮排气的泄漏，”工厂工程师说。“我们有开关，如果它们变热就会关闭，但我们不知道舱内的温度。当开关关闭时，我们知道发生了什么事，但我们没有任何其他信息。”机械师被派去做检查的频率比必要的要高得多，因为经验证明，涡轮排气冷却应用中的泄漏是一个问题，需要迅速发现。

发电厂分析了它的需求，确定了什么过程将产生最佳的投资回报率，并安装了无线发射机来获取所需的信息。

第二步:获取数据

成功的无线实现的关键是执行一种策略，即使用无线传感器以合理的成本从工厂的各个部分获取数据。鉴于已证实的经济效益，许多老旧的现有工厂可以从增加更多的测量点中受益。其中一个原因是，在过去，这些输入必须从传感点(如安装在泵上的压力仪表)连接到控制和监控系统。

将这种线路添加到现有设施通常是一项非常昂贵的工作，因为有线传感器需要电力、连接到I/O系统以及控制和监控系统的额外I/O点。这样的修改通常需要大量的停机时间，但这不是一个选择，因为许多工厂都是满负荷或接近满负荷运行。

另一方面，WirelessHART传感器有内置的电源模块，所以它们不需要电源线。而且，由于是无线的，它们不需要工厂的控制和监控系统提供额外的I/O容量。这些传感器通过工厂范围内的无线网状网络连接，通过网关控制和监控系统。WirelessHART传感器允许增加测量点，其成本和时间仅为有线等价物的一小部分，并且不需要工艺穿透的传感器可以安装而无需任何停机时间。

在安装了WirelessHART基础设施之后，添加更多的传感器既快速又便宜。在这种情况下，前面提到的加利福尼亚发电厂发现它可以在消防泵上增加一个无线温度变送器，以防止泵损坏，并在为冷却塔提供水的远程雨水池中添加无线传感器。两者都绑定到新的WirelessHART基础设施中。

“在池塘溢出到河里之前，我们有一个水位变送器警告我们，”工厂工程师说。“这让我们有时间去池塘，进行测量，并证明合规。”另一个无线测量点持续监测pH值，以确保供应冷却塔的水没有问题。

第三步:分析数据

当工厂增加普及传感技术时，无线生态系统会产生大量原始数据，工厂操作员和工程师可能很难决定什么是相关的和可操作的(见图2)。昂贵的企业级软件管理系统通常需要六位数的投资、大量的培训和数月的部署时间。这样的系统通常需要昂贵的外部顾问来启动，以及服务器硬件、专用计算机等方面的大量IT资源。

分析软件的最新发展——现在可以通过桌面电脑、笔记本电脑、平板电脑或移动设备上的Web浏览器访问应用程序——使分析更简单、更便宜(见图3)。每个应用程序从无线网关或其他数据和监控系统获取数据。每个应用程序都针对特定的设备，如蒸汽疏水阀、泵、热交换器或减压设备，使用简单、廉价的插件解决方案，可以独立于工厂的控制系统运行。这些应用程序使用预先构建的分析模型和战略解释，将原始数据转化为工厂人员可用于决策和采取行动的信息。

因为这些解决方案中的每一个都是针对特定资产而构建的，所以实现起来快速、简单且成本低廉。有了无线基础设施，就可以快速添加其他应用程序。

第四步:采取纠正措施

第四步，也是最后一步，是工厂采取适当的纠正措施。

由于蒸汽疏水阀的位置，在大多数工厂中通常没有监控。相反，许多核电站依靠人工查房，维护技术人员每年检查一次或两次疏水阀，寻找泄漏迹象。手动查房通常是无效的，许多问题都没有被发现。据估计，石化工厂每年有18%的蒸汽疏水阀失效，每个疏水阀失效造成约16,000美元的燃料和蒸汽成本。

通过安装WirelessHART声学传感器，工厂可以快速识别蒸汽疏水阀是否开启或关闭、泄漏或工作不正常(见图4)。一家乙烯工厂每年通过监测112个蒸汽疏水阀节省了342,578美元。

在减压装置(prd)下游安装WirelessHART声学传感器，维护人员可以识别泄漏或卡死的阀门，维修阀门，避免阀门泄漏或卡死美国环境保护署每宗违规排放的罚款最高可达35万元。在一家拥有200个prd的石化工厂中，通过识别和修复泄漏的prd，每年可节省能源1,487,040美元。

加利福尼亚州的一家发电厂在冷却塔上安装无线温度传感器之前，没有对立管温度进行测量(见图5)。这些测量现在用于效率计算，以确认风扇是否以正确的速度运行。“在确认风扇处于正确的速度后，我们不必过度补偿，这给了我们更好的热效率。因此，我们增加了冷却塔的吞吐量，”一位工厂工程师说。“无线测量提供的信息使工厂能够降低风扇电机使用的电流，延长它们的使用寿命。”

安装了无线温度变送器，提供在线涡轮室温度，以检测热空气泄漏，这是一种廉价的早期检测策略。“我们随时跟踪温度，以帮助进行预防性维护计划和故障排除。这使我们能够将涡轮机的预防性维护减少一半，”工厂工程师说。

在空气过滤器监测方面，安装了两个无线压差(DP)变送器，以监测两台机组的入口空气过滤器效率。“无线DP发射器可以让我们看到过滤器是否被灰尘堵塞，”工程师说。“通过过滤器中更好的DP信息，我们可以在适当的时间清洗它们。这大大提高了涡轮机的效率，减少了兆瓦的使用量。与有线解决方案相比，我们为每个DP发射器节省了1.5万至2万美元，因为从测量点到控制室的距离很远。”

这位电力公司的工厂工程师说:“无线设备的一大好处是，我们可以自己安装它们，所需的时间只相当于给仪器布线的一小部分。”“我们通常需要雇佣承包商来安装有线仪器，因为我们没有太多的员工。能够自己在一小部分时间内完成这些工作，为公司节省了一大笔费用。安装一个无线设备大约需要一个小时，而安装有线和完全安装一个有线发射机需要两周时间。”

克服挑战

在工厂安装无线发射机和分析软件可以提高效率，发现问题，降低维护成本，并延长有价值设备的寿命。虽然这样的解决方案似乎具有挑战性，但在无线供应商的帮助下，并遵循这一基本的四步程序，可以以合理的价格安装无线解决方案，并快速获得ROI。

布莱恩·乔无线产品经理是干什么的艾默生自动化解决方案在明尼苏达州的Shakopee。

本文发表于应用自动化补充的控制工程
而且设备工程．

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