在最近舉行的一次流程工業(yè)用戶會議上，我隨意詢問了一些工程師，他們用來監(jiān)控工業(yè)過程的儀表是否足夠多了。我得到的回答因人而異，但大多數(shù)工程師表示，他們能夠利用的過程數(shù)據(jù)似乎比以往更豐富了。一位反對者提到了一則他曾聽說的報道：某家知名的煉油廠商將整個工廠范圍內(nèi)的所有儀表按照重要程度作過分類。一部分儀表被認定是極為重要的，而其他一些儀表則被認定“即使出現(xiàn)故障，也沒必要更換掉”。
我們得到的信息乍一看似乎太過繁冗，但即使在最壞情況下，這種繁冗也只可能造成一些資源浪費或者為操作人員帶來些許麻煩。相反，如果采集到的流程及設備狀態(tài)數(shù)據(jù)不充分，則有可能使監(jiān)控的效果打折扣，嚴重時還會帶來安全隱患。隨著技術的不斷進步，儀表配置的靈活性已經(jīng)今非昔比了，但是最終的配置方案與其說是科學，卻更像一門藝術，而且往往要視應用場合而定。
西門子能源與自動化集團的化學及生物燃料業(yè)務專家Praveen Muniyappa說：“這些都需要在過程控制的設計階段定下來。有些時候，儀表的數(shù)量是足夠的，但是用戶并沒有利用到儀表提供的所有信息。而更多的時候，工業(yè)過程中缺乏足夠的儀表。顧客希望多增加幾臺儀表，從而獲取額外的參數(shù)。這些參數(shù)可能是關于安全等級的，可能是關于流程控制的，也可能是關于溫度的等等。用戶當然希望增加儀表，但是他們又不得不直面現(xiàn)有的條件?！?/P>
工程師在設計一條全新的流水線或者進行大面積設備升級時，如果采用較多的儀表，勢必會帶來較高的成本，而如果想縮減設備數(shù)量，配置就顯得過于寒酸了。工程師們要做的就是在這兩者之間求得平衡。英維思過程系統(tǒng)負責現(xiàn)場設備業(yè)務的副總裁Brian Dickson說：“如果設計過程采用了EPC（工程總承包）的方式，那么你就可以通過實際測量掌控每一個環(huán)節(jié)，最終獲得理想的結果。在檢驗階段，大量設備往往會因為缺乏足夠的使用價值而被忍痛割愛。在過去的15到20年中，配置單臺儀表的費用確實有所下降，但是建立一整套系統(tǒng)仍然需要大量的花費。因此許多儀表即使從設計的角度看是必需的，也不得不接受被剔除的命運。因為我們會發(fā)現(xiàn)，在其他位置進行測量的效果可能會更好?！?/P>
無線、現(xiàn)場總線以及其他一些網(wǎng)絡架構確實能夠降低儀表的安裝費用，至少也能夠減少布線費用。但是在添加新設備時，我們必需認真考慮成本和收益之間的關系。
量入為出
一家公司會出于各種各樣的原因為一個流程或者相關設備添加更多儀表。其中最普遍的原因有：
■ 升級一個過程控制平臺以實現(xiàn)更先進的控制手段，或獲取更多的數(shù)據(jù)以實現(xiàn)更優(yōu)化的實際應用。
■ 新的安全標準要求增加額外的液位或壓力監(jiān)控點。
■ 在可旋轉(zhuǎn)設備中增加狀態(tài)監(jiān)控功能，幫助設備維護。
每一個項目都應該有明確的經(jīng)濟目標或動力，以便與該項目全部的花費做對比。有時候，當操作人員希望增加一個或一小批設備時，至少在利益層面我們很難用具體的數(shù)字去衡量這樣做的利弊。
增加設備時，我們要考慮的是實際成本，而不是保守估計的花費。例如：
■ 設計和編寫文檔的花費；
■ 設備采購價格；
■ 實際的安裝和布線費用；
■ 把新數(shù)據(jù)整合到DCS系統(tǒng)的花費；
■ 連續(xù)不斷的維護保養(yǎng)費用。
這些獨立成本在總成本中占據(jù)的比重由設備安裝的復雜程度決定。例如，你可以移除一段1/4英寸長的管道接口換上一臺壓力計；也可以切開管道安裝一臺帶有長管的流量計，并把它的輸出整合到你的控制系統(tǒng)以及人機界面里。兩者在成本構成上有著巨大差異。
明確收益
一位服務于某家大型石油制造企業(yè)，不愿意透露姓名的自動化咨詢顧問表示，他并不確定為設備安裝監(jiān)控傳感器是否能夠獲得利益。由于生產(chǎn)線上的大部分關鍵設備都采用串聯(lián)可替換模式安裝，我們有必要考慮一下，是不是真的可以開啟一臺泵，直到它不能工作為止？這位顧問經(jīng)過觀察后發(fā)現(xiàn)，當一臺泵停止轉(zhuǎn)動時，石油生產(chǎn)商只會簡單地換用另一臺泵，并把故障泵內(nèi)部的電機更換掉。這位顧問認為，如果一臺泵運行正常，那么加裝監(jiān)控儀表是不會帶來任何利益的，因為它們既沒有延長電機的壽命，也沒有降低維修成本。
但是事實并不總是這樣。有時候你必須增加一些新的儀表。在升級過程控制系統(tǒng)或者增加新的安全功能時，你可能需要采集更多的數(shù)據(jù)，從而用到更多的儀表。例如：
Dickson說，當他在一家精煉廠作危險情況分析時，他必定會在流程中增加溫度測量點。他說：“采用傳導傳感器能夠起到一箭雙雕的效果，因為溫度是傳導過程的一部分。傳導性為我們的分析提供了測量依據(jù)。我們可以通過測量傳導性對熱轉(zhuǎn)換器進行診斷。如果其中有管子破損，那么傳導性將會發(fā)生變化，我們就會收到警報。這樣做會對流程的運轉(zhuǎn)和維護同時起到積極的影響。盡早檢測出一支管子的破損能夠挽回成百上千美元的損失?！?/P>
GE Sensing的全球產(chǎn)品經(jīng)理Tim Wortley對用戶增加測量儀表的動機有不同看法。他說：“在生命科學行業(yè)，改變一個流程真的很困難，相關人員往往是因為某些硬性規(guī)定才會去采集一些額外的數(shù)據(jù)。一些人表示：‘你測量某個過程參數(shù)的原因就是你必須這樣做?！@樣做不會為你節(jié)省開支。每個人都渴望通過增加測量儀表提高流程的運行效率，但是我們添加儀表的最大動機恐怕還是出于一些規(guī)則的要求?！薄 ?
通常情況下，儀表在采集主變量之余，還能夠采集一些其他類型的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常作為儀表內(nèi)部的補償系數(shù)。
但是，HART或其它現(xiàn)場總線通信協(xié)議能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)利用起來。這幅圖表（右邊部分）展示了一臺
科里奧利流量計是如何利用直接測量得到的數(shù)據(jù)計算其它變量的。
要數(shù)量還是要智能？
過去十年內(nèi)制造的大部分儀表都具備了HART通信功能。HART通信不僅支持詳細的診斷功能，還能夠提供有用的次級變量。例如，許多種類的壓力由于需要作內(nèi)部溫度補償，因此具備了測量溫度的能力。一般而言，溫度變量能夠通過HART通信讀取。
英維思過程系統(tǒng)的現(xiàn)場總線市場經(jīng)理Gary Cusick經(jīng)過觀察后指出：“用戶關注的問題是能否從當前的儀表設備中獲取更多信息。這種希望借助一臺安裝在現(xiàn)場的儀表就能獲取類型更豐富、數(shù)目更龐大的信息的理想，才是推動基金會現(xiàn)場總線、Profibus PA和WirelessHART 發(fā)展的真實原因。多參數(shù)傳感器的出現(xiàn)使我們能夠從一臺儀表中獲取更多數(shù)據(jù)，把我們從許多不同類型的儀表中解放出來。而且，隨著數(shù)碼技術的發(fā)展，儀表的安裝密度有了提高。我們了解到，用戶把系統(tǒng)升級到數(shù)字總線的最重要原因之一就是看中了它的智能功能。以生產(chǎn)線生命周期維護為例，從前維護人員要按照預定周期拆卸一部分舊儀表并換上新儀表；現(xiàn)在儀表卻能夠自行通知維護人員‘我需要維護了’。新技術既延長了維護周期，又減少了維護過程中的硬件成本和勞動力成本?！?/P>
有時候，想獲取更豐富的信息并不一定要采用更復雜的現(xiàn)場通信協(xié)議。西門子的Muniyappa說：“大部分I/O通信系統(tǒng)支持4-20mA，但是我們已經(jīng)看到，開始有越來越多的用戶愿意采用兼容4-20mA的HART I/O通信系統(tǒng)。它們既能兼容傳統(tǒng)儀表，又不影響對HART 數(shù)據(jù)的采集和獲取，這一點是從前的系統(tǒng)所無法做到的。但是，如果一套遺留下來的老系統(tǒng)只能夠接收4-20mA信號，我們唯一的選擇就是通過多路器或通信接口將HART信號采集下來，并拆分為多個模擬量參數(shù)。假如你有一個儲存了兩種液體的容器，兩種液體分上下層排列。你可以利用一臺TDR（時域反射式）雷達液位計同時測量容器中液體的高度和分液面的高度。4-20mA主信號代表頂層液位高度，HART信號就能提供另一個4-20mA變量，代表分液面的高度?！?/P>
雖然這些次級變量被認為是額外的數(shù)據(jù)，但是它們有用與否與用戶的需求和測量的位置有關?；氐轿覀冎暗睦?，一個壓力變送器傳來的溫度數(shù)據(jù)可能是被測液體的溫度，也可能代表了傳感器的溫度，要視變送器的結構而定。次級變量首先是為主變量服務的，這方面，不同的生產(chǎn)廠商提供了不同的選擇，例如，壓力傳感器不是一定要提供溫度數(shù)據(jù)的。最重要的是，我們必須明白數(shù)據(jù)的含義及其刷新頻率。弄清這些問題后，你就能夠合理地使用數(shù)據(jù)了。
霍尼韋爾過程解決方案資產(chǎn)管理部門的產(chǎn)品經(jīng)理John Yingst說：“在DCS系統(tǒng)中，使用HART設備提供的次級變量是‘有條件的’。我們確實可以對次級變量加以利用，但是必須弄清楚這些變量的來源以及它們代表的意義。一臺壓力變送器傳來的溫度數(shù)據(jù)是反映流體溫度的還是反映周圍環(huán)境溫度的，或者說介于兩者之間？對于一個閥門執(zhí)行器，你是否知道哪一個變量代表了閥門的確切位置？不是所有的閥門都由相同的變量構成，所以在投入實際使用前，相關人員必須先對它作一番測試。同樣，由于DCS系統(tǒng)中的大多數(shù)HART I/O都采用了多路復用的方式，帶寬無法得到保證，尤其是對于那些需要一定帶寬的設備更是如此。在將控制系統(tǒng)交付使用之前必須對帶寬作一番徹底的測試。盡管有那么多問題需要注意，一些內(nèi)行的用戶仍然表示他們已經(jīng)成功地在控制邏輯中使用次級變量了?！?/P>
過程中的要點
配置一臺新儀表的工作包括實際設備安裝、通信基礎設施搭建以及配套的工程計劃。采用現(xiàn)場總線協(xié)議和無線儀表能夠降低通信設施成本，卻會增加數(shù)據(jù)的規(guī)模和復雜性。大多數(shù)控制系統(tǒng)和儀表設備生產(chǎn)商正在努力簡化儀表的安裝工作。
Muniyappa說：“許多控制系統(tǒng)供應商推出了圖形化的人機界面，使HART數(shù)據(jù)的利用變得非常簡單。如今，他們已經(jīng)預先設計了模板，使用戶不必掌握不同HART參數(shù)的含義。由于他們預先設計的界面包含了標簽名稱、設備代碼、接入時間、最大最小量程等等，因此用戶根本沒有必要通過邏輯分析弄清所有的HART參數(shù)?！?/P>
然而，實際安裝一臺儀表及其輔助設備的價格還是很高的。Muniyappa補充說到：“如果你想獲得一大片油庫內(nèi)某個油罐的液位或壓力測量數(shù)據(jù)，那么單純的布線成本就高達幾千美元，相應的勞動力成本也差不多是這個價。事實上，一臺變送器的成本只有兩千美元，但是算上工程、設計、文檔編輯的花費，實際成本可能要翻五到六倍。假設在某項應用中，我們計劃安裝一臺雷達液位計。這種設備帶有直徑兩英寸的接口，然而油罐上只有一個1.5英寸的接口。這時，我們必須找到一種技術，在現(xiàn)有條件不變的情況下仍然能夠獲得最佳性能。對用戶而言，為了修改或增加一個接口而關閉某個油罐可能會造成一到兩萬美元的損失。作為儀表供應商，我們可能認為增加一臺儀表是非常簡單的事；但是對最終用戶而言，這可是一個大問題?！?/P>
有些情況下，如果一家工廠采用的是較早期的控制系統(tǒng)，那么增加數(shù)據(jù)采集點可能比較困難。Moore Industries的副總裁Scott Saunders說：“早期的系統(tǒng)往往無法擴展出新的數(shù)據(jù)采集點。如果正常的數(shù)據(jù)采集點數(shù)量已接近上限，那么增加更多的I/O設備將會嚴重影響現(xiàn)有控制系統(tǒng)的掃描速率。在這種情況下，采用新型I/O設備能夠使你在不降低核心控制系統(tǒng)性能的前提下，充分增加I/O設備的性能。這些集中設備具備了實時控制引擎、報警功能，現(xiàn)場運算及其他功能，成本卻相對低廉?！?/P>
歸根結底，你是否需要增加新的設備或者利用現(xiàn)有設備獲取更多數(shù)據(jù)一方面要結合每個生產(chǎn)過程的特殊性考慮，另一方面要看你準備采用什么辦法保證生產(chǎn)過程平穩(wěn)、高效地運轉(zhuǎn)。如果某個過程運行穩(wěn)定，那么我們只需要掌握最少的數(shù)據(jù)。但是，當過程中出現(xiàn)故障時，掌握越多的信息就越有助于發(fā)現(xiàn)故障。事實上，操作人員希望掌握更多的信息。與工廠運營中的大多數(shù)問題類似，你對生產(chǎn)流程的掌握程度決定了你能夠獲得多大利益
（轉(zhuǎn)載）
