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现场总线新进展——远程运行管理

行业聚焦点中国仪表网2012年09月11日 11:05人气:25867

  导读:LarryO’Brien阐释远程运营管理ROM技术的新进展,它扩展了基金会总线FF的系统功能,适合于远程资产的通信管理,技术的不断发展也为远程运行找到了新路。在很多方面,远程运行比其他流程行业领域采用了更多的技术。
  
  远程运行管理(ROM)--管理地理上分散上的自动化资产和资源,现在是流程自动化部门发展最快的领域。
  
  正如在名字当中所暗示的,“远程运行”指的是那些分布在偏远位置、人员很难甚至无法到达的自动化资产。这不仅仅局限于海上石油平台或者油气管道,还可以包括储油站和航站楼、水及污水处理设施以及任何需要远程连接自动化资产的行业和应用。
  
  从历史上看,ROM领域一直受制于高度的定制化,解决方案难以进行配置,涉及到资产管理的时候通常让人心有余而力不足。
  
  很多最终用户都已经发现传统的远程运行管理方法已经无法满足他们的要求。传统上,基于RTU的SCADA系统在远程运行管理应用中占据主导地位,RTU(远程终端)可以从仪表收集历史数据,并执行诸如托管交接流测量之类的功能。
  
  经典的RTU和PLC可以用来控制远程的流程,但是它们的配置功能不强,甚至很多传统的PLC都是单机运行的。在很多情况下,有必要在SCADA项目加入大量的定制功能,才能保证一切都按照要求进行。
  
  因此,在2007年年初,现场总线基金会启动了一项旨在通过远程I/O和有线Hart将基金会现场总线的功能扩展到远程应用的项目。接下来,我们将这个项目扩展到其他的领先工业网络当中,比如ISA100.11a和irelessHart。
  
  现在,我们整体的基金会ROM规范已经接近完成了,是时候将我们管理数据的能力从有限的设备扩大到全世界各个角落。
  
  商业动机
  
  有多个原因推动着远程运营的发展,需要为远程自动化资产加入真正的智能。
  
  位置挑战
  
  最主要的因素就是地理位置。现在越来越多的资源在难以到达和危险的区域被发现,海下作业就一个典型的例子。我们正在越来越遥远的地方打下一口又一口更深的钻井,开采石油、天然气、矿物等各种资源。
  
  一旦我们发现了这些资源,我们就必须进行距离越来越长的运输。连接世界上最遥远地区和人口最稠密城市的输油管道的长度记录在不断被打破。
  
  人的挑战
  
  与此同时,客户非常关心向那些艰苦地区派遣人员的问题,这意味着要减少海上平台上人员的数量,彻底的实现自动化“运营”。
  
  绝大多数重要的最终用户都在努力减少甚至取消派往遥远地区的人员,派遣技师去遥远的服务地区,无论在成本还是安全性上的挑战都越来越多。
  
  技术劳动力数量的减少也是一个事实,现场市场上合格的路程操作员和技师的数量已经极度短缺了。当然,这也就意味着公司里面维护部门的规模要比过去小很多。
  
  技术挑战
  
  技术的不断发展也为远程运行找到了新路。在很多方面,远程运行比其他流程行业领域采用了更多的技术。比如说,无线技术现在已经广泛应用于储油站和铁路站场当中,蓬勃发展的天然气运输市场需要自动化资产与生产管理以及企业管理之间进行更加紧密的合作。当然,现有的IT标准,比如以太网,也正在逐渐延伸到自动化世界当中。
  
  除了位于非常遥远的区域以外,现在远程应用的参数已经从之前的每天活在每周变化,发展到实时变化。
  
  “实时”挑战
  
  绝大多数远程运行应用传统上有一个稳定的环境,系统收集历史数据,最终用户采用某一种工具和自己的智力资源分析这些数据。监视控制系统可以协调来自多个RTU的数据,这就是第一代分布式控制系统严谨、层次化的控制哲学。
  
  然而,远程运行应用正在快速的从静态转化为动态。现在,参数已经从之前的每天或者每周变化,发展到实时变化。就拿能源成本的例子来说,电价可以每天波动40%,而天然气的价格是所有贸易品中波动最为频繁的。
  
  用户还需要面对更加严格的生产规范和越来越多的法律规定,比如现在对于天然气中的甲烷含量就有硬性的要求。企业也必须要处理供水系统中的损耗问题,在油管中采用更加先进的腐蚀检测方法。
  
  安防挑战
  
  从定义来看,远程运行就意味着安防方面的挑战,这不仅仅体现在进入控制和监控这些物理安防问题,还包括有网络安全。用户正在集成越来越多的技术,比如视频监控,同时最近有很多面向流程自动化行业的网络安全规定也主要面向远程应用。
  
  成本挑战
  
  远程应用的项目规模正在变得越来越大,全世界范围内都在不断出现创纪录的输油管道、天然气加工基地、离岸深水钻井平台。这些日益扩大的项目当然会越来越复杂,并且难以管理。比如说,连接加拿大OilSands和美国主要炼油中心的Keystone输油管道项目预计将要花费130亿美金。
  
  与此同时,根据HIS/CERA的报告,上游油气行业的项目工程成本也升高了6%。用户正在寻找新的途径加速生产启动过程、理顺运营、降低工程成本。
  
  基金会远程运行管理(ROM)是一系列技术,作为基金会现场总线规范的补充,为远程资产和应用提供有线和无线基础架构。
  
  全集成
  
  基金会现场总线不仅是一个通讯协议层,它支持各种灵活数据管理功能和标准化,专为流程自动化的要求而设计。
  
  基金会远程运行管理(ROM)是一系列技术,作为基金会现场总线规范的补充,为远程资产和应用提供有线和无线基础架构。
  
  基金会ROM可以直接获取无线和远程I/O设备中的信息和诊断数据。反过来,基金会ROM可以将这些数据传递到基金会现场总线环境当中,用于数据管理和质量控制。它为多个无线和有线网络的集成提供了一种开放的方法,无论是传统的远程I/O还是ISA100.11a和WirelessHart都可以进行集成,并直接获取设备信息和诊断数据。这项技术扩展了基金会现场总线的功能,无论工厂中的设备采用何种通讯技术,它都可以将更多的这些设备涵盖其中。
  
  使用基金会远程运行管理,工业企业将会改善数据管理、提升数据质量和一致性。他们还可以从网络中的任何位置监控和管理多个设施中的运营活动,帮助提升专业能力,减少了要派遣员工到遥远区域所引发的问题,同时还可以最大化产能、优化运营。
  
  基金会技术的一项优势就是开放、能够持续发展,这就允许企业采用市场上出现的新技术。流程传感器的无线网络就是这样的一种技术。
  
  无线可以进一步降低用户的安装成本,同时从物理上和经济上简化与遥远地区的沟通。无线解决方案可以轻松获取更多的检测和执行点信息,用于流程监视和控制、过程优化、工厂及人员安全和维护。
  
  无线设备显著降低了现场安装的成本,它们可以被部署在现有的工厂和新建项目当中。功率和带宽可能会限制无线的功能以及某些应用当中的更新速率,但是现场总线基金会已经认识到无线技术可以在不久的将来与现有的总线技术共存。
  
  加速开发
  
  基金会ROM和相应无线及远程I/O(WIO)技术规范的开发工作涉及到三个项目团队:传统的远程I/O团队、无线传感器团队—用来集成ISA100/11a和WirelessHart、以及主干网团队(同样与ISA100的团队合作)。这些开发团队包括了在流程自动化无线网络领域顶尖的工程师。
  
  远程I/O集成
  
  传统有线远程I/O和有线Hart、复制RIO的界面发布于2007年。HSE(高速以太网)远程I/O(HSERIO)规范允许最终用户将高数据要求设备通过HSE高速现场总线直接接入到现场总线主站当中。
  
  远程I/O规范可以让各种形式的传统I/O轻松融入到现场总线环境。这个解决方案使得在通用以太网上实现散输入、离散输出、模拟输入、模拟输出和基金会H1成为可能。现场总线基金会在2011年4月发布了一部分远程I/O规范。
  
  有线与无线Hart集成
  
  在2011年9月,现场总线基金会发布面向有线Hart和无线Hart设备的现场总线变送器模块规范出版,同时还发布了WIO系统架构升级版和与变送器模块相关的WIO数据结构。
  
  有线和无线Hart技术规范定义了在基金会ROM设备中表示Hart设备的现场总线变送器模块。无论是有线还是无线Hart设备都可以在该模块中表示。除此之外,规范还描述了Hart配置工具和资产管理主站,使用基于基金会高速以太网(HSE)网络的原生Hart指令协议与Hart设备连通。
  
  规范同时定义了在有线多点网络中识别和保持Hart设备状态的结构,以及与基金会远程运行管理设备连接的WirelessHart网状网络。
  
  ISA100.11a的集成
  
  在ISA100.11a方面,项目同样取得了巨大进展,将ISA100.11a无线传感器网络集成到了基金会现场总线架构当中,规范草稿现在已经完成,而预规范、测试和规范终稿也会在一年之内完成。同WirelessHart设备类似,ISA100.11a在基金会ROM设备中也表示为变送器模块。
  
  HSE骨干网
  
  在2008年下半年,现场总线基金会和ISA(国际自动化协会)达成了一个许可协议,运行两家组织在无线网络方面进行合作。这份协议将会帮助ISA100.15工作组开发无线骨干网标准。骨干网将会集成远程和中心控制设施中的设备。基金会ROM规范将HSE定义为远程应用的骨干网,对于有线和无线配置都是如此。
  
  进一步集成
  
  基金会ROM支持在未来与其他ISA100.11a和WirelessHart以外的网络实现进一步集成。未来可能集成进来的网络可能会包括Modbus。实际上,未来集成网络的潜力是无限的。
  
  基金会ROM规范将HSE定义为远程应用的骨干网,对于有线和无线配置都是如此。
  
  商业利益
  
  只有能够为最终用户提供商业价值的时候,技术才是有意义的。基金会ROM也不例外,实施这项技术用户可以获得几个关键的商业利益。
  
  基金会ROM支持实时的远程运行管理,这也就意味着可以更加有效的使用远在数千英里之外的相关专家对自动化资产的状况进行诊断。很多最终用户的人员都在减少,派遣维护人员前往远程资产所在位置亲自进行检查的费用越来越高。
  
  基金会ROM还是一个高度可配置的解决方案,需要定制的工作更少。现在很多的远程运行自动化解决方案都需要高度定制。事实上,流程自动化行业每年花费在自动化项目定制上的费用高达数十亿美元。用户花费在与定制相关工作上的成本要超过项目总成本的一半。在现场设备层,因为缺乏直接双向的数字连接用来进行试车和诊断,模拟技术会产生很多不必要的工作流程,单单是仪表工程一项就是占据整个自动化项目成本的20%。
  
  即便是使用数字设备,应用和网络中的定制工作和专利技术也意味着智能设备中的大量数据是根本无法使用的,就更不可能达到期望中的在合理时间将数据发送给相关人员的理想状态了。
  
  许许多多最终用户都得益于基金会现场总线的诊断和功能模块,避免了计划之外停机。带有预测性诊断功能的基金会技术可以帮助用户开发预防性维护策略,这样能够避免常规维护中不必要的现场往返。很多最终用户都将维护看作主要的一大成本动因,希望能够大幅削减。实际上,最终用户估计有超过一半的维护活动都是徒劳无功的。
  
  基金会ROM可以集成很多远程操作中需要使用的功能。远程运行会涉及到很多复杂的资产,比如管道压缩机站。基金会ROM设备最多可以拥有2000个节点或者流程值(PV),支持集成机器健康监控传感器,诊断压缩机和其他流程设备的健康情况。基金会ROM还可以支持安全互锁、火焰和气体检测、视频监控,在远程运行管理中能够起到重要的作用。
  
  很多应用都可以应用基金会ROM技术。它们当中有很多都集中在上游的油气行业,包括管道SCADA应用、智能油田、海上平台自动化和储油站。其他的应用还包括水及污水处理SCADA、航站楼自动化、采矿应用甚至是使用在流程行业中的OEM设备。很多应用也出现在流程自动化快速增长的领域当中。比如说,相比下游行业,用户在上游的油气部门的投资额度更大。
  
  快速发展
  
  现场总线基金会在Lee学院的媒体日上成功展示了基金会ROM技术。这家学校位于美国德克萨斯州的aytown,是我们的注册培训中心之一。我们展示的是项目验收环节,现在基金会正在计划后续现场演示。
  
  现在,我们已经有了三家国际级用户,分别是沙特阿美石油、巴西石油和印度信实公司,他们都是志愿参加到展示活动当中。我们将在未来18个月当中在全球进行现场演示,我们也会参加一些大型的贸易展览,比如在德国法兰克福举行的Achema展览和在日本大阪举行的JEMIMA展览。
  
  我们能够发展如此迅速的一个原因,就在于最终用户对基金会ROM的大力支持。技术总是会根据用户的需求不断演变,基金会ROM就是如此。在基金会架构中加入大量的有线和无线网络,可以帮助用户将它们所有的流程自动化资产无缝集成到一个单一的框架当中,进行控制、诊断和数据管理。
  
  监控远程的地点和设备对于效率、安全和保密都是非常重要的工作。有效的远程操作能力,让人们可以尽量减少差旅时间和运营成本,同时大幅度的提高人员安全性和总体效率。
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