使用诊断功能，提高系统安全性
一些诊断功能内置在智能仪器中，而另一些则设计到流程中。
有效的过程自动化系统依赖于多种类型的现场设备、控制器和网络来提供基本的控制功能以及安全仪表功能。不幸的是，所有这些系统都可能以各种方式失败，如果不能迅速有效地应对，就会导致问题的发展或升级。用户不能想当然地认为故障不会发生，所以他们必须为如何处理这些可能性制定适当的计划。
目前可用的最佳实践和技术是内置在智能现场仪器中的诊断功能，能够在发生隐蔽故障时识别故障。这提高了安全性，还可以在故障发生之前预测故障，从而提高可用性。在其他情况下，工厂可能会设计自己的诊断设备，在关键位置增加减压阀、破裂盘和腐蚀/侵蚀监测器等设备，以观察更大的问题。让我们考虑这三种方法。
使温度传感器更智能、更安全
许多温度测量应用都受到电气噪声、峰值和信号丢失的影响。噪音可能来自收音机、马达和闪电。其他问题可能由布线问题、机械冲击或振动引起。温度测量比大多数其他现场仪器更容易受到影响，因为传感器-电阻温度探测器(rtd)和热电偶(tc)-提供非常低的振幅信号，这些信号必须在发送到逻辑求解器之前由发射机处理和放大。例如，TC的信号强度约为发射机提供的4 ~ 20ma信号强度的1/400。因此，最佳实践建议将变送器放置在尽可能靠近传感器的位置，尽量减少引线的长度(见图1)。
即使传感器和变送器之间紧密耦合，在某些安装中噪声或衰减仍然可能是问题，因此大多数用户应用阻尼来抑制峰值和衰减。虽然阻尼提高了稳定性，但它减缓了变送器对工艺温度快速变化的响应。由于冗余传感器通常暴露在相同的电气和物理条件下，大多数用户将为所有传感器设置相同的阻尼，因此响应缓慢是一个常见原因。
更好的方法是使用内置在发射器中的信号验证功能，作为其信号处理和诊断功能的一部分。热阱内温度传感器的热惯性使温度变化非常快，例如在半秒内从200°C(392°F)到400°C(752°F)，这在物理上是不可能的。即使发送器在连续读数之间看到了这样一个瞬时且不现实的偏移，它也可以合理地假设这个变化是一个峰值(或者如果变化正在下降)，并简单地重复上一次正确的测量。这种方法提供了稳定性，没有阻尼或缓慢的响应，但它不应该应用于测量可以合理地看到快速的全尺寸偏移。
虽然传感器可能会被一次极端的机械冲击损坏，但大多数故障是由持续振动、连接松动或腐蚀或化学攻击引起的。这削弱了传感器和线路，导致峰值和掉线的频率随着时间的推移而增加。发射机可以检测和趋势这种不断增加的频率，并预测即将发生的故障，及早提醒维护人员采取行动，防止总信号丢失。信号验证更深入地挖掘传感器本身的状况，这可以提高温度测量的安全性和可用性。
发现棘手的TC故障
下面是一个典型的应用程序，其中验证可以预测传感器故障。在碳氢化合物加工应用中，当涉及快速响应或高温(大于600°C或1112°F)时，tc通常比rtd更受欢迎。tc通常比rtd在物理上更健壮，但它们可能会以一种不太明显的方式失败。不同导线连接的尖端连接点是测量点，但如果物理冲击或振动破坏了绝缘，两根导线在其他地方形成接触(短路)，那么新的接触点就成为测量点，无论它可能在哪里。
由于这个新连接点总是远离热过程，在大多数碳氢化合物应用中，损坏的TC读数会很低，尽管在低温应用中情况相反。大多数流程在运行过热时都是危险的，因此读数过低可能会产生安全风险。由于一次物理冲击可能会损坏多个设计为冗余的tc，特别是当它们彼此安装得很近或引线布线在同一束中时，这个问题可以表现为共同的原因。
现代智能温度变送器可配置接受RTD或TC输入。当配置为TC时，它们使用电压电路来确定温度。但变送器也可以使用他们的电阻测量电路，这将与RTD一起使用，以监测TC的电阻。虽然TC的电阻不能用来确定温度，但它确实有助于检测和预测故障。
TC电路电阻的变化可以说明几件事。如果电阻达到无穷大，电路就是开着的。如果电阻低于正常水平，可能是短路。如果电阻增大，则导线或端子可能已被腐蚀。这些变化可能是即时的，但更多情况下它们是渐进的，因此测量和趋势电阻变化可以用于预测故障和提高可用性。
为物理保护层添加诊断
如果基本过程控制系统(BPCS)和安全仪表系统(SIS)都出现故障，工厂就会依靠物理保护来减少事故对员工和社区造成的后果。与BPCS和SIS一样，对于每一种危害，用户必须识别和量化物理保护失效的风险，并且必须应用最佳实践和技术来将其发生的可能性降至最低。例如，在发生超压事件的情况下，大多数碳氢化合物和化学加工厂依赖于泄压装置进行物理保护，如泄压阀(prv)和破裂片。
当工艺压力接近工艺设备或管道的安全极限时，PRV被设置为开启，通常将多余压力排放到火炬。它具有最高的压力设置，只有在所有其他安全仪表功能失效时才能工作。过度燃烧会对环境造成影响，通常会受到惩罚。尽管PRV在压力恢复到安全状态后会自行关闭，但工艺流体中的污垢通常会阻止它完全重新阀座，从而导致小的、持续的泄漏。这些泄漏通常很难检测到，但随着时间的推移，可能会造成重大的工艺损失和环境影响。由于prv是机械装置，没有能够提供诊断功能的电子元件。但由于智能变送器可以提高温度传感器的性能，新设备可以为这些简单但关键的物理保护设备增加诊断功能。
新型仪器结合了声学和温度传感器，能够捕捉故障阀门发出的声音，可以识别直接泄漏以及不完整阀座造成的持续泄漏。这样的设备可以连接，也可以通过WirelessHART进行通信，在两种情况下都可以将数据发送到BPCS。prv经常“慢炖”，在压力达到完全释放点之前释放少量的产品。声学仪器可以检测到沸腾，为操作人员提供另一种可能发生事故的迹象，并给他们时间打电话进行维护，或进行工艺调整，并完全避免泄漏。
发现泄漏的破裂片
碳氢化合物和化工厂的用户通常在PRV的上游安装破裂片。在有毒或危险流体的情况下，破裂盘提供了一个更积极的屏障和保护层，以最大限度地减少PRV泄漏的风险。当工艺过程中含有腐蚀性流体时，通常只有破裂盘是湿润的。这意味着工厂通常可以避免安装由耐腐蚀材料制成的昂贵的PRV。只有破裂盘必须由一种特殊合金制成。
不幸的是，这种方法产生了另一种风险(见图2)。如果破裂盘中出现一个小针孔泄漏，任何泄漏的流体都会被困在破裂盘和PRV之间。这就在阀瓣外部产生了反压力，因此阀瓣不会在设计压力下破裂，而是在上升的工艺压力能够超过阀瓣以及阀瓣和阀门之间的压力之前，阀瓣不会破裂。
在这种情况下，爆裂压力可能会超过工艺的安全设计极限，冒着不受控制的、潜在的灾难性泄漏到环境中的风险。为了防止这种情况的发生美国机械工程师学会(ASME)建议在破裂盘和PRV之间安装压力表或仪表，以监测设备之间空间的压力。这可以是一个有线设备，但考虑到这些设备通常位于物理上难以接近、危险或有毒的环境中，这些位置特别适合无线设备。
在线腐蚀/侵蚀监测
碳氢化合物加工行业的用户了解他们的工艺在哪些地方具有腐蚀性或腐蚀性。工程师们精心设计了管道和其他机械系统，至少能维持到下一次预定的停机。与此同时，预计的腐蚀/侵蚀“热点”——例如，在管道的外部弯头——每年或更频繁地进行人工检查。不幸的是，给定资产的腐蚀或侵蚀速率不容易预测，并且由于流量、流体成分、温度、压力、缓蚀剂的使用和其他条件的变化，每天都有很大的变化。用户面临的风险是，金属损失速度快于预期，可能会在相对较短的时间内，甚至几天或几周内，导致灾难性的密封损失。
比定期人工检查更好的方法是持续的在线监测。有有线或无线两种版本，连接在管道或容器外部的在线传感器使用超声波技术连续测量金属厚度。历史数据决定了金属损失率和预期失效时间。虽然少量腐蚀/侵蚀传感器可以减少对热点的人工检查，从而提供即时的安全性和人力效益，但当用户将壁厚传感器网络与其他传感器结合起来测量和预测流体腐蚀/侵蚀时，真正的回报来自于基于侵入式耦合的传感器、温度(侵入式或夹式)、pH值、流量、压力等(见图3)。
全面的、全工厂范围的可视性和腐蚀/侵蚀预测使用户能够在不增加风险的情况下更积极地操作:
- 延长停机间隔时间
- 减少缓蚀剂的使用
- 提高使用“机会原油”的能力，低成本但腐蚀性/腐蚀性更强的给料。
诊断功能，无论是内置在智能设备中，还是在给定工厂中设计的，都有助于在问题仍然易于管理的情况下及早发现问题。发现TC在失去运行之前正在悄悄腐蚀，PRV在发生更灾难性的事件之前走向故障，或者管道即将开始泄漏，可以防止停机，避免环境破坏，并防止死亡。只要工厂愿意迈出关键的第一步，就有很多方法可以实施这些措施。
从安全系统访问HART诊断
许多工厂的控制和监测系统只使用HART设备发出的4-20 mA模拟信号，而忽略了HART信息所提供的值。对于与安全系统一起使用的智能仪表和阀门执行器来说尤其如此，它们将模拟信号发送到专用的逻辑求解器，这意味着有价值的过程变量和状态诊断永远不会返回到控制系统。
但有一个解决方案，因为许多用户可以通过为现有的传感器和执行器配备无线适配器来访问安全设备中的HART信息。这些适配器连接到HART设备，并通过WirelessHART网络传递变量和诊断信息。适配器将有线HART输入转换为WirelessHART输出，该无线信号通过WirelessHART网络发送到网关。网关硬连接到目标系统，例如资产管理系统或分布式控制系统(DCS)。硬连线通常是Modbus或以太网。
图A中所示的无线适配器已被Exida作为组件进行评估，并在网上提供了FMEDA报告。它不会影响模拟回路，因此对SIS回路计算的影响很小。
在SIS环路中使用无线适配器的一个限制是设备有不同类型的认证，过去只有本质安全(IS)。图A中的无线适配器现在额定用于北美使用防爆保护方法的危险区域。适配器通过螺纹导管直接连接到HART设备上，形成额定组件。这种新的防爆认证在SIS应用中特别有用，它可以用于访问安全系统中的搁浅变量和诊断数据。
马克塞斯管理艾默生自动化解决方案在加拿大的测量业务，包括压力，温度，液位，流量和腐蚀。他拥有多伦多大学(University of Toronto)的化学工程学位，以及约克-舒立克商学院(York-Schulich)的工商管理硕士学位。Menezes在艾默生有20年的工作经验，在过程自动化方面有27年的经验。
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