无线仪器通信推动工厂流程

随着企业采用和利用数字化，他们正在实施智能系统，并增加与数据源的连接，以改善运营并增强员工的能力。这一趋势在该领域尤其明显，其中过程仪表和其他常见设备，如阀门执行器，越来越多地提供丰富的诊断信息。

为了充分利用这一趋势，一些工厂正在实施计划，将诊断数据传达给可靠性团队成员，他们可以使用这些信息主动解决问题，减少计划外停机，并提高运行性能。例如，智能压力变送器可以检测故障的早期迹象，或者智能阀门执行机构可以感知执行机构何时开始卡住。

这些智能设备可以将其诊断信息提供给监控主机，例如资产管理系统(AMS)或分布式控制系统(DCS)，这些主机反过来可以生成警报，将问题通知工厂人员。

不幸的是，并不是所有的公司都具备使用这种技术的基础设施。许多现代工厂有数百个或更多的现场设备能够通过HART通信协议报告状态，但主机系统通常不支持HART。升级DCS以合并支持hart的输入和输出(I/O)是一项昂贵的工作，并且DCS诊断数据收集和分析任务需要大量的计算能力。

数字化转型可以帮助解决这些问题，特别是通过采用无线设备级网络，如WirelessHART和蓝牙。这些协议减轻了信号布线的需要，并为DCS升级提供了替代方案。使用WirelessHART或蓝牙，设备可以无线传输多个过程变量和诊断数据到各种主机系统，为处理仪器数据提供灵活性。

通信会阻碍数字化

组织数字化的旅程有许多阶段，虽然许多工厂使用一些智能仪器运行，但大多数工厂至少有一些传统仪器，只能通过与过程变量成比例的4到20mA输出进行通信。因此，提高流程效率和减少停机时间的第一步是为最关键的仪器配备自我评估和报告其运行状况的手段。

这种智能仪器本身并不能使植物达到这些结果，因为它们还需要一种收集和处理数据的方法。在整个过程控制领域，许多设施已经用支持hart的有线或无线智能仪器取代了传统的4-20mA现场仪器，但整个行业普遍存在的传统DCS和I/O系统无法处理新数据。因此，这些设施往往最终成为孤立的智能设备。

例如，考虑一个泄漏控制阀。一个DCS命令阀门关闭，发送一个0 %的4mA模拟输出控制信号，但是由于某种机械原因，阀门不能完全关闭。该阀门配备了智能位置传感执行器，能够意识到这一问题，并生成适当的诊断数据。但是这些数据滞留在一个未连接的孤岛上，对于解决问题毫无用处，因为DCS不能通过HART或其他数字协议读取这些信息。

对于实时控制应用程序，可能需要升级DCS，或添加能够解释多变量过程和诊断数据的新I/O点。但是DCS硬件可能非常昂贵。修改还需要广泛的检查和验证程序。此外，许多DCS软件模型是基于物理I/O计数获得许可的，这带来了进一步的挑战。

对于监控应用程序，或者对于时间不重要的情况，无线通信方法可以减轻连接工作，提高数据可用性。无线通信为数据处理提供了灵活性，因此工厂人员可以做出明智的操作和维护决策。

利用蓝牙绕过DCS

由于智能仪器和执行器通过数字协议传输多个信号，它们可以降低布线系统的要求。像WirelessHART/蓝牙通信适配器这样的技术创造了释放这些数据并创造运营价值的机会，并且安装成本和停机时间要求最低(图1)。

这些适配器为任何支持HART的仪器提供无线功能，而不会干扰现有的有线模拟I/O循环。这使工厂人员能够在各种仪器之间释放多变量过程值和诊断数据传输潜力，而不需要重新验证或修改遗留的DCS。

因此，工厂可靠性团队获得了一个网络，在该网络中，他们可以使用任何主机(如AMS)收集仪器诊断数据，然后执行分析以指导预测性维护(PM)工作。除了避免昂贵的管道运行和布线工作之外，这种方法还消除了在PM和操作优化策略的数据收集中涉及DCS系统的需要。

资产管理系统并不是与仪器数据交互的唯一主机系统。这些接口还使技术人员能够通过无线现场通信平板电脑，甚至智能手机上的应用程序与设备连接。打开手机的本地蓝牙后，技术人员可以看到范围内所有启用蓝牙的现场设备的列表，每个设备都由标签编号区分，并选择一个设备进行配对。

一旦连接，应用程序就会显示所有关键的仪器数据，就像传统的HART通信接口一样，但没有电线或专门的工业手持设备，扩大了仪器维护人员的名单。连接后，技术人员可以监视仪器的运行状况，并在获得适当授权后根据需要更改标签或其他配置参数。这一切都可以在没有工业网络配置的情况下完成，因为智能手机处理通信。

虽然蓝牙简化了现场维护，但WirelessHART通常用于将多个仪器的数据集成到一个中心位置。对于没有本机WirelessHART功能的仪器，双重用途的通信适配器也提供此功能。

用WirelessHART绕过DCS

在确保仪器和执行器使用正确的语言后，工厂员工可以在整个设施中安装WirelessHART边缘网关，将数据传输到更高级别的主机系统，如用于资产管理或企业资源规划的主机系统。它们可以通过标准化的以太网和串行协议(如Modbus TCP/IP、Ethernet /IP、HART-IP、Modbus RTU、OPC等)使设备数据可用于中央工厂系统(图2)。

将蓝牙作为现场操作的现代工具，将WirelessHART用于常规主机系统集成，提供了绕过DCS的方法，减少了获取智能仪表多变量过程值和诊断信息所需的努力。

示例:将资产通信扩展到云

在设施的墙壁或工厂的围栏线内，现场设备数据非常有价值，但通过扩展到基于云的系统，工厂人员可以释放更大的洞察力创造潜力，进一步提高资产性能和利用率。

一家危险废物焚烧公司利用支持wirelesshart的仪器(图3)和基于云的分析来检测和清除其烟气反硝化装置中的管道结垢。该装置的热交换器发生了严重的结垢，降低了效率，并且需要长时间的停机时间来清除堵塞。

通过在装置中安装额外的压力和温度变送器，并将仪器数据与边缘网关无线集成，该公司开始记录大量额外的过程数据，并将这些数据传递给基于云的工具进行分析(图4)。使用这些仪器仪表过程、电气和诊断数据，这些云工具利用人工智能和机器学习来准确预测结尺。有了这些见解，设备工程师对过程进行了小的调整，大大降低了结垢率。

该公司正在通过准备基于云的计算机化维护管理系统来扩展云功能，当分析系统检测到过程问题时，该系统将自动发出工作指令。它还将连接到库存数据库，密切关注可用的备件，并将以数字方式发布供应短缺的订单。

无线仪器提供了更多的见解

无需对现有的DCS和I/O系统进行大修就能获取现场数据的能力，大大降低了流程工厂和设施的数字化成本和可实现性。方便地访问仪器数据有助于提高运营效率，而基于云的分析工具中的运营流程和业务流程之间的链接可以帮助彼此通知和优化对方。

未来的工厂将使用更少的电线，但它们将提供更多来自无线仪器的数据，分析系统可以利用这些数据来产生见解。这将使工厂人员能够改善工厂运营，并通过数字化转型推动公司发展。

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