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无线技术在工业控制领域中的实际应用

话题调查中国仪表网2009年06月10日 11:38人气:900

摘要:近年来,国际主流自动化供应商与专业厂商所推出的无线技术与产品层出不穷,无线传输进入工业控制领域的趋势无可质疑。VDC公司的调查显示,到2006年时,全球在工业无线技术方面的花费已由2003年的7500万美元增长到1.83亿美元。无线技术的安全性、可靠性、性价比以及无线通信技术在工业领域的应用方案,日益成为用户们普遍关心的话题。那么,无线通信技术到底能为客户带来怎样的价值?在具体的应用中又取得了怎样的进展?在实施中,企业又该注意哪些问题?

无线技术改善监测性能

【案例】艾默生智能无线技术帮助卡博特蓝星化工(江西)有限公司改善风机监测性能

       卡博特蓝星化工(江西)有限公司是中国首个世界级气相二氧化硅工厂,年产能为4800吨。为生产优质产品满足客户的需求,公司对产品质量和产量提出了极高的要求。其中对工厂重要设备——冷却风机和助燃风机的运行状态进行在线监测,对提高工厂生产的稳定性极其重要。

       卡博特蓝星化工选择了艾默生智的能无线技术,对工厂重要设备——冷却风机和助燃风机运行状态进行监测,包括监测风机的轴温和风机入口压力。并利用智能设备先进的预诊断功能和智能设备管理软件,对无线仪表进行监测,将无线监测数据无缝集成到DCS系统,以获得更大的经济效益。

        采用智能无线技术,无需敷设电缆和桥架,节省了安装成本。无线仪表的安装和常规仪表安装方式相同,技术人员不需额外培训,从而加快了无线仪表安装和调试的进度。艾默生无线仪表遵循WirelessHART标准,智能无线HART变送器具有自检测功能,容易调试,回路调试时间比以往大大缩短。与使用有线仪表相比,安装和调试时间减少了80%,并且1420网关给今后的扩充提供了充足的扩展余量。

        作为艾默生过程管理Smart Wireless产品在中国投入实际应用的成功案例之一,从2008年7月投入运行至今,测量结果准确稳定,设备运行正常,达到公司的预期要求。

        在卡博特的生产流程中,风机轴温度及风机入口压力是非常重要的参数,它们是保证风机的正常运行及全厂工艺流程稳定的关键。但由于现场条件所限,敷设电缆及设备维护难度较大。采用智能无线仪表对风机轴温及压力进行监测,不仅降低了安装成本,同时为仪表运行维护带来了极大的方便。

点评:
通过对智能无线仪表的实时监测,仪表工程师能随时观察到无线仪表的运行状态。采用SmartPower?智能电源管理模块,可以在线监测每个仪表的电池状态,确保无线变送器电源供电正常。使用智能设备的预诊断功能和智能设备管理软件,操作人员在设备故障变得严重之前就能得到及时的预报信息,有效避免了非计划停车,降低维护成本。

无线技术为节约提供可能

【案例】霍尼韦尔无线解决方案帮助Bodycote加强燃气消耗监测、节约成本


        位于俄亥俄州Cleveland市的Bodycote公司作为热处理领域的知名企业,拥有4套淬火(IQ)高炉,每台能耗大约2~3Mbtu。公司试图提高其四台高炉耗气量的监测和热处理能力,并找到一条节约成本、提高效率的成功之路。

      “我们知道工厂的总燃气消耗量,但是我们目前尚不知晓每座高炉满负荷下的燃气实际消耗量,”Bodycote公司总经理Ron Perkins先生说。“一旦我们了解到我们实际的能量消耗,我们将清晰地发现并制定实际利用率以帮助我们更好地管理成本并增加工厂的收益。”

         Bodycote选择了霍尼韦尔的无线解决方案,开展为期3个月的监测项目,以了解燃气消耗的实际信息。

        霍尼韦尔无线差压变送器(范围:0~100″H20)被安装在四台高炉的每条主输气线上,测量孔板两端的差压。差压变送器通过模拟输出模块向霍尼韦尔QXe记录器传输信号,变送器传输实际CfH信号,以及每秒Cf的累积值。通过监测找出工作状态最佳的高炉,Bodycote现在可以主动提高其它三台炉子的生产效率,有效控制成本,将之转变为对客户更好的服务和降低产品成本。

点评:Bodycote利用霍尼韦尔无线解决方案可以获取高炉的实时数据,这些数据可提高设备利用率,更好地进行安排管理和成本规划。这些数据有利于分析每台炉子的天然气实际消耗量,可令用户更多地了解所需花费节约了公司的时间和金钱,更重要的是可以提高效率服务客户。

无线技术抵达线缆到不了的地方

【案例】霍尼韦尔将控制网络延伸至远程仪表箱

       美国西部一家精炼厂,多个远程控制地点及独立控制室像孤岛一样单独运行,该公司计划策略性地整合控制室,将曾经人工操作的业务改进为自动化控制。随着的自动化控制改造的进程,他们计划建立多个用于这些集油站的远程仪表箱(RIE)。集油站将铺设回连至控制室的数据连接,总长接近半英里,以便将自动化系统集成到一起。

       为远程地点的数据连接进行设计施工是最大的挑战,工厂原有的光缆已经不堪重负,在需要配备RIE的现场区域又没有有线光缆。安装有线光缆,同时确保施工进程,并控制整个项目不会超出预算似乎不大可能。这时,霍尼韦尔的无线解决方案成为公司最好的选择。

        他们选择霍尼韦尔的Experion过程知识系统(PKS)作为用于中央控制室的分布式控制系统(DCS)。Experion提供了适合中央控制室支持、集成无线支持和高效基金会现场总线(Foundation Fieldbus)设备管理与部署的理想系统。

        为符合高可用性和可靠性要求,霍尼韦尔建议建立连接到远程仪表箱(RIE)的无线容错以太网(FTE)。该无线容错以太网(FTE)建设了二条共享负载的有效通道,发生多个故障的情况下也能保持运作,而不仅是只能容忍二个错误。为确保设备和系统消息(包含警报)的高吞吐量,设计团队发明了创造性的方法来减少无线跳数,以回避山峰和高密度金属建筑。二个多节点经过有线以太网连接在一起,二套装置可以共同工作,消除了在跳(桥接)点的吞吐量丢失。

点评:霍尼韦尔解决方案不仅帮助工厂达到了时间进度表和预算的要求,而且建立了有回传气分析数据、支持使用手持电脑的移动工作者以及集成无线视频等可扩充的其它无线应用网络。随着无线网络的就位,雇员可更高效地工作、向更需要的工作倾斜。该公司还能够为其先进的应用供应更多可用数据,进一步优化调合和移动过程。

选择无线解决方案的十大注意事项

        无线技术所带来的优势远不止于通过取消布线节约成本这一项。作为一项战略性投资,无线技术的应用能够改进工厂整体的安全性和可靠性,提升运营效率。然而,部署无线方案之前,工业厂商须考虑很多因素,包括采用何种技术最适合现阶段以及未来的发展需求。以下是专家给出的选择无线解决方案应该注意的十大事项:

单一功用网络还是多功能网络

       单一功用网络似乎是最具成本效益的方法。但从长期来看,多功能网络(即,支持多部门的多种应用)才是更有成效的解决方案。

网络兼容性

        所有系统都应该支持Wi-Fi和有线以太网,并能够顺利升级至符合ISA100、HART等国际标准。

可靠性和可扩展性

        不同应用具有不同的要求,为确保未来的灵活性,应采用能够提供数据可靠性达到99%以上的系统,并方便升级与扩展应用。

信息传输速度

        某些应用要求高速传输,另外一些则可以容忍较低一些的传输速率从而保护电池寿命。同一网络应同时包容多种速率,可符合特定应用的速率需求。

通知和报警频率

        许多传感器网络会定期报告信息,但众多应用需要超出限定值后快速传输进行通知或报警。系统应支持你选择定期更新和按需更新。

电源管理 

        如果选择电池供电的无线产品,请先确定需要的报告率,然后要求在此报告率下的电池寿命。大多数工厂以五秒更新率为合理基准。

控制应用要求

        尽可能使用控制就绪的系统进行监控,而不是在未来进行升级增加一个单独的监控系统。

维护的可预测性

        更换电池的费用,会抵消一些因节省布线而带来的成本节约。需要考虑系统是否将以固定速率或不固定速率运行,来判定电池消耗。

可扩展性

        随着入网设备的增多,部分设备信号会衰减,因此请选择能够提供可扩展性的网络。

多种应用接口

        无线网络应该能够轻松地与旧有应用对接,保证对整个运营业务的支持,而非只针对单个部门。
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