近些年來(lái)，智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的發(fā)展一直是大家喜歡討論的話(huà)題。絕大多數(shù)的討論集中在變送器新增的功能上，同時(shí)也有人抱怨控制系統(tǒng)要獲得額外的信息是何等的困難，究其原因可能是老舊的設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)無(wú)法處理這樣的需求。
這類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)是與制造業(yè)工廠(chǎng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀息息相關(guān)的。大多數(shù)運(yùn)行幾年以上的生產(chǎn)裝置自從最初建設(shè)以來(lái)，使用了各式各樣的自動(dòng)化設(shè)備。而正如“木桶原理”一樣(一只水桶能裝多少水取決于最短的那塊木板)，系統(tǒng)的整體性能不會(huì)優(yōu)于其最老舊設(shè)備的性能。這種情況在那些采用普通模擬量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中很常見(jiàn)。
控制系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)提供比簡(jiǎn)單的模擬量I/O復(fù)雜得多的各種功能。盡管許多公司依然使用這老舊落后的儀表系統(tǒng)，但是支持HART的I/O已經(jīng)問(wèn)世數(shù)年了。大多數(shù)按照HART設(shè)備及設(shè)施的方式進(jìn)行裝備的公司自從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始就使用了HART5。最新的情況是，幾個(gè)主要的系統(tǒng)供應(yīng)商已經(jīng)推出了可以通過(guò)軟件或者硬件模塊進(jìn)行修改的可配置I/O。
這種可配置I/O為用戶(hù)提供了最新的功能，從而可以與智能設(shè)備進(jìn)行互動(dòng)并實(shí)現(xiàn)所有它們能提供的好處?？膳渲肐/O可以與那些變得越來(lái)越普遍的HART6和HART7變送器進(jìn)行全面的互動(dòng)，并利用所有最新的診斷數(shù)據(jù)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與設(shè)備之間的雙向通訊。
包括許多諸如煉油廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)者在內(nèi)的過(guò)程行業(yè)大型企業(yè)，都把這看做可以徹底簡(jiǎn)化未來(lái)項(xiàng)目的一種重要技術(shù)進(jìn)步。具有先進(jìn)的HART功能的設(shè)備可提供精密的通訊路徑，且其實(shí)施成本比較低，故障診斷更簡(jiǎn)單，靈活性也要大得多。
一個(gè)巨大的進(jìn)步
自動(dòng)化是支撐過(guò)程工藝的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的人必須要滿(mǎn)足化學(xué)工程師以及其他過(guò)程工藝設(shè)計(jì)人員的需求。如果其中一個(gè)元素發(fā)生了改變，自動(dòng)化系統(tǒng)必須要根據(jù)改變而調(diào)整，因?yàn)檫@種改變可能打亂所有的事物，并使自動(dòng)化系統(tǒng)成為一個(gè)項(xiàng)目的最關(guān)鍵的通路。目前市面上的自動(dòng)化硬件及系統(tǒng)并不是都可以根據(jù)那些新的變化而輕易的進(jìn)行調(diào)整的。
大多數(shù)的自動(dòng)化設(shè)備是根據(jù)特定的應(yīng)用設(shè)計(jì)的，因此是高度個(gè)性化的。這就使其價(jià)格昂貴，改變的成本高，需要的工程量大，并需要大量的文檔和測(cè)試工作。如果能夠使用具有更少通訊方式和協(xié)議更加標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)貨設(shè)備，會(huì)帶來(lái)巨大的幫助。
很多用戶(hù)對(duì)于已經(jīng)投入市場(chǎng)的新款可配置I/O系統(tǒng)非常熱衷。他們通過(guò)這樣的系統(tǒng)看到供貨商真的在傾聽(tīng)他們的聲音，并且愿意在靈活性方面獲得更大的進(jìn)步。有兩件HART功能儀表用戶(hù)反復(fù)提到并想要擺脫的事情：編組柜和HART多路復(fù)用器?？膳渲肐/O可以擺脫二者。
那么問(wèn)題究竟是什么?
如實(shí)的說(shuō)，這些先進(jìn)性被認(rèn)為是絕妙的。但是一直存在的問(wèn)題是設(shè)備的設(shè)置。在過(guò)去數(shù)年間，一臺(tái)典型智能設(shè)備需要設(shè)定的參數(shù)數(shù)量顯著增加。需要通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置的人員要處理這樣的狀況必須面對(duì)沒(méi)完沒(méi)了的問(wèn)題和解答。不同設(shè)備的具體參數(shù)量有差別，不過(guò)總是要花費(fèi)一些時(shí)間來(lái)設(shè)定。
有一些用戶(hù)與供貨商一起研制預(yù)先設(shè)置設(shè)備。當(dāng)用戶(hù)收到設(shè)備時(shí)，變送器已經(jīng)具備了量程、工程單位和報(bào)警等等，因此可以做到即插即用。這些工作在你需要預(yù)定設(shè)備的時(shí)候，即在整個(gè)過(guò)程的早期階段就為你提供了所有需要的信息。這也意味著從設(shè)備訂貨到安裝調(diào)試之間設(shè)置規(guī)范是不能改變的。這些限定條件降低了這種方式的實(shí)用性。
有一些用戶(hù)會(huì)問(wèn)，“我們?yōu)槭裁床荒茏屜到y(tǒng)來(lái)替我們執(zhí)行設(shè)置工作?控制系統(tǒng)擁有所有關(guān)于它需要從已知現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所要獲取的信息。它知道PT215的量程是0-30psi，而且在25psi的時(shí)候會(huì)觸發(fā)報(bào)警等等。所有這些信息都能在系統(tǒng)中找到，并且是隨時(shí)更新的。為什么技術(shù)人員必須看著這些信息并手動(dòng)輸入到設(shè)備里面?”
近日，埃克森美孚開(kāi)發(fā)公司的資深儀表和控制咨詢(xún)師TimmMadden為橫河電機(jī)的用戶(hù)群做了一個(gè)題目為“它就這樣發(fā)生了”的報(bào)告。他講到了公司在煉油項(xiàng)目中采用很多種方法努力不使自動(dòng)化成為關(guān)鍵路徑。其目標(biāo)是讓人們看不到自動(dòng)化。幾乎不會(huì)出現(xiàn)那些不知道從哪里冒出來(lái)的問(wèn)題，自動(dòng)化系統(tǒng)從問(wèn)題的萌芽時(shí)期就開(kāi)始解決了。
埃克森美孚公司在處理自動(dòng)化問(wèn)題方面是比較有名的公司，同時(shí)也給供貨商們提出了很多挑戰(zhàn)。Madden先生的報(bào)告中有一些是關(guān)于技術(shù)的，其他一些是關(guān)于程序化的，同時(shí)他也花了相當(dāng)多的時(shí)間談?wù)撝悄茉O(shè)備的設(shè)置。他介紹了?？松梨诠菊谑褂玫囊惶酌麨椤癉ICED”的系統(tǒng)。
Madden先生還指出?？松梨诠鞠胍獙?duì)硬件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)所有個(gè)性化的項(xiàng)目需求。配備有可配置I/O的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜應(yīng)該是有庫(kù)存的、短時(shí)間內(nèi)可以發(fā)貨的、經(jīng)過(guò)全面測(cè)試的、即裝即用的設(shè)備。全部的信息都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從控制系統(tǒng)獲取，因此實(shí)際上技術(shù)人員除了連接設(shè)備電纜以外什么都不需要做。全部都是通過(guò)預(yù)先測(cè)試的，而且所需的文檔數(shù)量也會(huì)極大地減少。
他說(shuō)在現(xiàn)場(chǎng)安裝這樣的智能I/O機(jī)柜除了一條連接控制中心的光纜和冗余供電以外，什么都不需要了。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，老式的編組柜需要從每臺(tái)設(shè)備到控制系統(tǒng)必須要有15到25條接線(xiàn)端子，而現(xiàn)在只需要5個(gè)：設(shè)備端2個(gè)，機(jī)柜端3個(gè)。?？松梨诠緵](méi)有采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，而是更青睞于HART設(shè)備。Madden先生的論點(diǎn)是采用這種智能I/O機(jī)柜的方式，使得區(qū)分在現(xiàn)場(chǎng)使用的技術(shù)是HART還是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)不再重要，系統(tǒng)架構(gòu)以及所能獲得的功能性基本上是一樣的。
現(xiàn)實(shí)與設(shè)想的差距
支撐“DICED”系統(tǒng)所必須的技術(shù)目前還不存在。但是我們距離它還有多遠(yuǎn)呢??？松梨诠鞠嘈臜ART6和HART7變送器現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)，新的I/O系統(tǒng)應(yīng)該可以支持它。在準(zhǔn)備這篇文章的過(guò)程中，本文作者向四個(gè)主要生產(chǎn)儀表和可配置I/O的供貨商提出了一個(gè)問(wèn)題，“我們距離實(shí)現(xiàn)它還有多遠(yuǎn)?”結(jié)果沒(méi)人回答。
有可能這方面的研究已經(jīng)比我們了解的進(jìn)展的更多，或者有些供應(yīng)商們正在嘗試不同的方法，但是其目標(biāo)是類(lèi)似的。我們把答案交給時(shí)間吧。
智能設(shè)備的設(shè)置
根據(jù)?？松梨陂_(kāi)發(fā)公司的資深儀表和控制咨詢(xún)師Timm Madden的設(shè)想，當(dāng)使用DICED(每個(gè)字母的含義見(jiàn)下文)這種方式時(shí)，并且將新的HART6或HART7設(shè)備通過(guò)可配置I/O與控制系統(tǒng)連接起來(lái)后會(huì)進(jìn)行如下過(guò)程：
檢測(cè)(D)-當(dāng)一臺(tái)新的HART設(shè)備連接到可配置I/O時(shí)，I/O通道會(huì)檢測(cè)到電流正流往之前沒(méi)有流往的方向。那意味著加入了一臺(tái)新的設(shè)備。
詢(xún)問(wèn)(I)-I/O通道將要求提供設(shè)備標(biāo)簽的HART指令傳送。具有HART功能的設(shè)備將其標(biāo)簽名稱(chēng)回傳。如果新裝的設(shè)備不是HART功能設(shè)備，比如一臺(tái)截止閥，那么很顯然它沒(méi)辦法響應(yīng)發(fā)出來(lái)的要求。在這種情況下，DICED過(guò)程終止，但是仍然會(huì)給用戶(hù)生成一份報(bào)告，用來(lái)通知用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)發(fā)生了變化，很可能是安裝了一個(gè)新的DI或DO設(shè)備。
配置(C)-一旦系統(tǒng)已經(jīng)檢測(cè)到并認(rèn)定有一臺(tái)新的HART功能設(shè)備，系統(tǒng)可以設(shè)置其工程范圍、工程單位以及其他設(shè)置信息。我們的計(jì)劃是購(gòu)買(mǎi)那些只進(jìn)行過(guò)標(biāo)簽預(yù)配置的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，再由通常具有最新數(shù)據(jù)的系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的配置。
啟用(E)-我們假定現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備已經(jīng)由系統(tǒng)進(jìn)行了配置并且成為某個(gè)特定控制策略的一部分。要注意的是我們的項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程基于這樣的假設(shè)：我們會(huì)在一個(gè)虛擬環(huán)境下完成大多數(shù)的設(shè)計(jì)、配置和測(cè)試工作，但是我們可能不會(huì)知道每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是通過(guò)哪個(gè)I/O通道進(jìn)行設(shè)置的。
因此在這個(gè)步驟，系統(tǒng)會(huì)知道新設(shè)備連接到哪個(gè)I/O通道上，并制定聯(lián)系控制策略和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的邏輯。一旦這個(gè)完成，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和與之相關(guān)聯(lián)的邏輯就啟動(dòng)使用了。
文檔(D)-假設(shè)上面的所有步驟都成功完成，我們期待系統(tǒng)會(huì)將這個(gè)成功通過(guò)事件記錄來(lái)發(fā)出報(bào)告。我們期待的愿景是我們可以將目前需要紙質(zhì)文件夾和大量的實(shí)地考察的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程極大地簡(jiǎn)化。
我們同樣相信系統(tǒng)可以將目前由一個(gè)工程師或操作員坐在控制臺(tái)前通過(guò)無(wú)線(xiàn)電與現(xiàn)場(chǎng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)系而進(jìn)行的測(cè)試工作做到自動(dòng)化。例如，如果檢測(cè)到的設(shè)備是一臺(tái)控制閥，我們可以向該閥發(fā)出一個(gè)模擬量輸出并通過(guò)HART讀取其位置。因此我們可以認(rèn)定這個(gè)閥工作正常，沒(méi)有卡住，它的故障模式(故障打開(kāi)或關(guān)閉)正確，以及其位置在其行程范圍內(nèi)也是正確的。
我們的一個(gè)觀點(diǎn)是所有需要執(zhí)行DICED的電子線(xiàn)路都包含在可配置的I/O模塊當(dāng)中。現(xiàn)在的問(wèn)題是讓軟件發(fā)揮作用從而才能充分利用這個(gè)硬件。請(qǐng)注意，DICED并沒(méi)有要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身進(jìn)行改變。
