艾默生過程管理 PlantWeb工廠管控網(wǎng)總監(jiān)Jonas Berge

　　液位開關(guān)可應(yīng)用于液體或漿料，如涂料和充氣液體。傳感器不受流動、渦流、氣泡、泡沫、振動、固體顆粒、沾敷或液體特性的影響。它可作為時實液位變送器的后備，監(jiān)測儲罐的液位高低，根據(jù)液位情況啟動泵，開啟或關(guān)閉攪拌器。

　　如今無線通訊不斷發(fā)展，它能夠提供更簡便，成本更低的方案來實現(xiàn)液位監(jiān)測，無需敷設(shè)電纜，也不會破壞工廠現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，只要在中控室就能進(jìn)行設(shè)備配置和故障排除。

　　液位開關(guān)內(nèi)置的智能功能可區(qū)分音叉粘連搭接和液位過高的情況，有效減少了現(xiàn)場勘查的麻煩。因為液位開關(guān)自帶電子設(shè)備描述語言（EDDL），因此可以和工廠其它壓力或溫度變送器等智能設(shè)備一樣通過設(shè)備管理軟件進(jìn)行配置和監(jiān)測。

　　工廠中很多儲罐并不適合安裝可連回控制室的儀表，這樣就無法對冷卻劑和潤滑劑的液位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。

　　事實上，大多數(shù)工廠考慮到接線成本，一般在設(shè)計時都盡可能降低儀表的需求量。對于設(shè)備信息，通常是依靠人工記錄。但是工廠對于質(zhì)量、產(chǎn)量、利用率、可靠性、更短的停車時間、能源效率，和符合新的環(huán)境法規(guī)的關(guān)注度越來越高，這就要求工廠的維護(hù)和運行模式不得不作出改變。設(shè)備的監(jiān)測要實現(xiàn)自動化，無線技術(shù)顯然是理想之選。

　　克服局限性

　　在現(xiàn)有工廠中添加硬接線的液位開關(guān)成本會很高，不但需要布線，還可能需要額外的線槽、系統(tǒng)輸入卡件和系統(tǒng)點數(shù)，而且安裝費時，在這種情況下，增加新測點的想法往往被束之高閣。無線液位開關(guān)恰好克服了這種硬接線的局限性，它的通訊采用IEC62591(WirelessHart)標(biāo)準(zhǔn)，這是目前無線技術(shù)應(yīng)用于過程工業(yè)的唯一國際標(biāo)準(zhǔn)。使用無線液位開關(guān)無需接線和系統(tǒng) 卡件，而且調(diào)試更簡單，它的電源模塊是本安型的，可在危險場合換電池，如果每60秒刷新一次，電池壽命最高可達(dá)10年。

　　無線液位開關(guān)可與無線變送器(如壓力、溫度、pH、振動、電導(dǎo)率、液 位、閥位監(jiān)測等)共享一個網(wǎng)絡(luò)，所有的信息也可通過同一個網(wǎng)關(guān)進(jìn)行傳遞， 一個網(wǎng)關(guān)最多可支持100臺基于IEC62591標(biāo)準(zhǔn)的儀表。一旦網(wǎng)關(guān)安裝完畢，就能根據(jù)需要任意擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，因此將液位開關(guān)安裝在以前沒有被控制系統(tǒng)監(jiān)測到的位置，可以有效提高操作和人員的安全性。能夠方便地添加和安裝新設(shè)備也是工廠將無線技術(shù)作為首選方案的原因之一。

　　因為IEC 62591 設(shè)備采用相同的協(xié)議，所以來自于不同廠商的設(shè)備或網(wǎng)關(guān)都可以進(jìn)行無縫整合。這些設(shè)備自組織成一個網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，相互之間都能通訊，即使相隔很遠(yuǎn)，也可通過接力的方式將信號傳遞到網(wǎng)關(guān)。其它無線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如星狀或點對點的結(jié)構(gòu)都不適用于高密度的工廠環(huán)境，必須再投入高額的成本搭建主干路由器。

　　自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)不要求設(shè)備到網(wǎng)關(guān)之間存在直接的可視路徑，而且無需在工廠建立接入點網(wǎng)絡(luò)，也不需要在危險場合用電。設(shè)備可以自動尋找最佳通訊路徑，無線系統(tǒng)對信號的質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，以確保網(wǎng)絡(luò)通訊能力強勁，數(shù)據(jù)可靠性達(dá)到99%以上。如果設(shè)備有增減，網(wǎng)絡(luò)會自動調(diào)整通訊路徑，而不會打斷數(shù)據(jù)的傳遞，也無需進(jìn)行人工設(shè)置或重設(shè)。

　　正是因為有了這些技術(shù)，要在現(xiàn)有工廠增加液位開關(guān)以提高自動化程度就變得十分容易，例如，不必再派工作人員到現(xiàn)場拿著測量尺測量讀數(shù)，無線液位開關(guān)可每隔幾分鐘或幾秒鐘測量一次液位，而不是每天、每周或每個月測量一次，與人工記錄相比，自動測量的效率要高幾千倍，而且測量精度更高，無線液位開關(guān)還可用于機器裝置中的油液監(jiān)測。由于入門方便，小型的無線項目很容易就能實現(xiàn)。

　　工作原理

　　振動音叉液位開關(guān)根據(jù)音叉的原理工作。內(nèi)置的壓電晶體使外部的音叉在一定共振頻率下振動，音叉的頻率根據(jù)被測介質(zhì)而改變，液體的密度越高，頻率越低，音叉是否浸在被介質(zhì)中也會產(chǎn)生不同的頻率，而這些頻率的變化都能夠監(jiān)測得到。

　　選擇短音叉的固有頻率一般為1400赫茲，以防止受到設(shè)備振動的干擾，這種干擾可能引起錯誤的開關(guān)動作。音叉的設(shè)計為使液體可快速從音叉末端滴落。

　　根據(jù)頻率還能夠知道音叉的狀況。與其它液位開關(guān)的技術(shù)不同，振動音叉無可移動部件，因此不容易出現(xiàn)故障。

　　監(jiān)測功能

　　智能振動音叉液位開關(guān)能夠監(jiān)測音叉沾連搭接，這種情況往往會造成傳統(tǒng)液位開關(guān)不工作而引發(fā)停產(chǎn)、溢流和泵損壞等嚴(yán)重后果。

　　來自于硬接線式浮筒液位開關(guān)的簡單開/關(guān)信號，無法判別是開關(guān)沾連還是高液位狀態(tài)，同樣它也無法判別是液位開關(guān)壞了還是信號無效，因此技術(shù)人員不得不定期去現(xiàn)場進(jìn)行檢測和再確認(rèn)，但結(jié)果往往是沒有出任何問題。

　　采用智能設(shè)備，根據(jù)音叉的頻率變化不僅能監(jiān)測液位的高低，而且可以發(fā)現(xiàn)音叉是否沾連搭接，以及音叉外部或是內(nèi)部晶體是否損壞，音叉是否有腐蝕情況。

　　現(xiàn)場智能化讓技術(shù)人員前往現(xiàn)場憑直覺檢查成為過去，現(xiàn)在可以在中控制室對可疑問題進(jìn)行遠(yuǎn)程確認(rèn)，并安排相應(yīng)的故障排除和服務(wù)計劃。

　　操作界面

　　維護(hù)人員需要管理來自于不同廠商各種型號的智能設(shè)備，遠(yuǎn)程設(shè)置對于變送器來說已有20多年的歷史，而對于液位開關(guān)來說還是較新的方式。

　　為了實施更方便，設(shè)備廠商采用EDDL(www.eddl.org)來定義設(shè)備在系統(tǒng)中顯示的方式，這一技術(shù)在變送器、定位器和開關(guān)量設(shè)備（液位開關(guān)、開關(guān)閥和電子執(zhí)行機構(gòu)）等連續(xù)設(shè)備中廣泛使用。

　　采用EDDL使基于IEC62591的液位開關(guān)能夠和其它工廠設(shè)備一樣在同一個智能設(shè)備管理軟件中進(jìn)行設(shè)置和訪問。液位開關(guān)的信息和無線壓力、溫度變送器以及其它過程參數(shù)并排顯示，它們的顯示方式和基金會現(xiàn)場總線以及Profibus設(shè)備也是一樣的。

　　顯示的一致性使工作更直觀，同時也便于技術(shù)人員將在其它設(shè)備上掌握的經(jīng)驗運用于液位開關(guān)，而基于EDDL的系統(tǒng)也使管理不同廠商的不同設(shè)備變得更為容易，用戶不需要因為設(shè)備的不同而學(xué)習(xí)不同的軟件，從而減少工作的差錯。廠商說明書根據(jù)人性化原則以文 本格式通過EDDL文件顯示到系統(tǒng)中，即使是經(jīng)驗不足的技術(shù)人員也能順利完成液位開關(guān)的設(shè)置。

　　例如，在設(shè)備信息頁面中，過程狀態(tài)清晰地顯示為“干”或是“濕”，同時還能看到設(shè)備的健康狀態(tài)，操作人員能夠輕易辨別是音叉積沾連還是極端高液位狀態(tài)，并能及時采取相應(yīng)措施。

　　音叉沾連能夠在初始階段就被發(fā)現(xiàn)，并在屏幕上標(biāo)注出來進(jìn)行預(yù)報，這樣操作人員就可以在過程受到影響前就安排音叉的清洗，因此提前發(fā)現(xiàn)音叉沾連搭接的情況可以防止不必要的停車，有效減少停機時間。維護(hù)人員也能將更多精力放在真正必要的清洗和維護(hù)工作上，而不是無謂地去檢查不需要清洗的音叉。

　　作為一個可以用來進(jìn)行故障排除的輔助工具，它還能以指針表盤的形式動態(tài)顯示音叉的頻率變化，并用色帶區(qū)分正常和異常運行狀況。內(nèi)置電源模塊的使用狀況也能夠顯示出來。EDDL技術(shù)是互操作的關(guān)鍵，它通過一個層級式的菜單結(jié)構(gòu)訪問所有儀表的功能，在信息頁面中還可以查看到設(shè)備的照片，以便在現(xiàn)場識別。

　　來自于廠商的EDDL文件定義設(shè)備在系統(tǒng)中的顯示方式，不同于其它設(shè)備的集成技術(shù)，采用EDDL調(diào)試新的設(shè)備或新的設(shè)備版本不需要軟件安裝技術(shù)或權(quán)限管理。

　　每臺設(shè)備的不同版本都對應(yīng)一個唯一的由廠商提供的EDDL文件，不存在共享文件，因此不會因為添加一臺新的設(shè)備而將另一臺設(shè)備的文件覆蓋掉。

　　EDDL是一個壓縮的文本文件，獨立于Windows 操作系統(tǒng)，它在系統(tǒng)管理的優(yōu)勢高于其它設(shè)備集成技術(shù)，現(xiàn)有的設(shè)備文件不會因為Windows的版本更新而過期，反之，新的設(shè)備文件也不會要求Windows作系統(tǒng)升級，它可以兼容新版本的windows操作系統(tǒng)和軟件，大大節(jié)省管理時間。

　　開關(guān)延遲可最大限度地減少因渦流或液體飛濺而發(fā)生的錯誤開關(guān)動作，例如攪拌機。在傳統(tǒng)的液位開關(guān)上設(shè)置延遲，必需要將表打開，并用螺絲刀調(diào)節(jié)分壓計，在現(xiàn)場進(jìn)行這樣的操作很不方便，而且要將電子部件暴露在危險的環(huán)境中也不安全。

　　采用WirelessHart 振動音叉液位開關(guān)，可在中控室遠(yuǎn)程做開關(guān)延遲等設(shè)置和調(diào)節(jié)，而無需前往現(xiàn)場。設(shè)備管理軟件通過EDDL技術(shù)維護(hù)單一的設(shè)備記錄審查報告，報告針對所有現(xiàn)場設(shè)備，也包括液位開關(guān)設(shè)置的變化。

　　更多收益

　　一旦使用了IEC62591網(wǎng)關(guān)，就能利用它的很多功能。例如可任意添加變送器持續(xù)改進(jìn)過程性能，在有線方案無法實現(xiàn)監(jiān)測的地方逐步增加新的無線測量，其實就像一個個小型項目，能夠快速方便地實施。

　　由于接線成本過高，在現(xiàn)有工廠里有很多液位點并未實施監(jiān)測。數(shù)字工廠的核心 是利現(xiàn)場智能化提高工廠運行性能；利用無線技術(shù)在無需接線成本，不破壞工廠原有結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)液位監(jiān)測。

　　因為有了EDDL技術(shù)，設(shè)備廠商就能夠本著人性化設(shè)計的原則開發(fā)軟件演示，指導(dǎo)操作人員進(jìn)行工 廠智能設(shè)備的設(shè)置，即使設(shè)備來自于不同協(xié)議的不同廠商，設(shè)備的復(fù)雜程度不盡相同，也能輕松管理。

　　銜接新舊技術(shù)的橋梁

　　現(xiàn)代化的離散控制系統(tǒng)都能支持無線方案，但是老的控制系統(tǒng)也能通過無線網(wǎng)關(guān)使用無線液位開關(guān)或其它的IEC62591儀表，無線網(wǎng)關(guān)可將信號轉(zhuǎn)成Modbus/RTU, Modbus/TCP或OPC�？刂葡到y(tǒng)的工程師站不需要安裝特別的軟件來支持無線，因為無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置是通過內(nèi)置于網(wǎng)關(guān)中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器完成的，設(shè)備的設(shè)置由智能設(shè)備管理軟件完成，無需為控制系統(tǒng)安裝額外的軟件來運行和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，相反工廠原來在用的HART組態(tài)工具，包括資產(chǎn)管理軟件和手操器等都繼續(xù)為無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，一旦無線網(wǎng)絡(luò)建好后，可根據(jù)測量要求任意添加無線儀表，而不會影響已有的無線網(wǎng)絡(luò)。

　　關(guān)于艾默生過程管理

　　 艾默生過程管理www.EmersonProcess.com  （全球）、www.EmersonProcess.cn （中國）是艾默生業(yè)務(wù)的一部分，其在化工、石油天然氣、煉油、紙漿和造紙、電力、食品與飲料、制藥和其它的工業(yè)的自動化領(lǐng)域中居于領(lǐng)先地位。針對特定的工業(yè)行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)、咨詢、項目管理和維護(hù)服務(wù)。艾默生過程管理公司的品牌包括: PlantWeb®, DeltaV™, Ovation®, Fisher®, Micro Motion®, Rosemount®, Mobrey®, Daniel®, Bristol®, 和 AMS™ Suite.

　　關(guān)于 Emerson

　　 總部位于美國圣路易斯市的 Emerson （紐約證券交易所股票代碼: EMR）是一家全球領(lǐng)先的公司，該公司將技術(shù)與工程相結(jié)合，在網(wǎng)絡(luò)能源、過程管理、工業(yè)自動化、環(huán)境優(yōu)化技術(shù)及工具和儲存領(lǐng)域為工業(yè)、商業(yè)及消費者市場客戶提供創(chuàng)新性的解決方案。公司 2010 財年的銷售額達(dá) 210 億美元。如欲了解進(jìn)一步信息，歡迎訪問 www.Emerson.com（全球）、www.emerson.com.cn（中國）。