智能传感:增强对环境的感知
工厂安全可以通过相关人员对重要信息的适时获取而得到加强。在这方面，智能传感技术可以改进工厂人员的对环境的感知，进而提高操作效率和安全性。——Jonas Berge，艾默生过程控制公司应用技术总监
我们偶尔会在新闻中看到一些工厂的灾难性事故报道，这些事故常常就是由于误认为一个本来开启的阀门是关闭的而引起。在换班时，信息没有传递给新的班组人员。如果他们事先知道这个阀门是开启的，如果他们事先知道这一条关键的信息，灾难就不会发生。我们常常告诉自己说，如果我事先知道就好了，但是往往都只能有后见之明。
WirelessHART技术提供了一种增加重要的测点并把测量数据传递给操作员，以改进对环境的感知的方式。通过这种技术，使得他们可以更好地通过实际信息做出决策，而不是从其他过程数据推断和猜测。采用这种技术的传感器可以很方便地安装在陈旧的工厂里。
提升对环境感知
IEC62591（WirelessHART）是用于过程行业无线技术的国际标准。它已经广泛地在很多维护相关的应用中被使用，例如监测换热器、风机、翅式风冷机、泵、阀门、以及其他资产的健康，同时也被用来降低操作巡检次数。
这个标准同样也通过提供给操作员新的视野来改进了操作。这使得他们可以通过调整流程来延长资产寿命，降低能源消耗，加强人员安全。
例如，泵的气蚀现象如果不被发现，可能会导致泵的损坏，引起计划外的停车，导致昂贵的维修或更换费用。如果工厂的操作员不知道泵存在气蚀，就不能采取任何应对措施。
为了避免这样的问题，可以安装一个压力变送器来测量泵的出口压力。重要资产监测软件通过计算和监视测量值的标准偏差来发现泵气蚀前的早期信号。
不仅如此，具有PeakVue振动加速度检测功能的振动变送器可以有效地在整体振动速度明显加快前就发现将要发生的故障。
通过使用基于这些工具的泵监测方案，操作员就可以得到问题的早期警告。这就使得他们可以采取必要的过程调整来避免问题的发生，也就确保了更长的泵寿命和更少的停车。
以冷却塔中的风扇为例。在冷却塔具有多余的冷却能力时，有时为了降低能耗，即使关掉一个或几个风扇也是可以满足冷却需求的。虽然如此，操作员往往不会愿意关掉定速风扇，因为他们并不知道实际需要几个冷却单元，也不知道为变速风扇设定多少的速度才可以提供足够的冷却能力。
在这种情况下，可以使用变送器来给重要资产管理软件提供输入信息，进而对冷却塔效率进行分析。这同时也给操作员提供了冷却效率以及单元的热负荷的信息。软件可以建议操作员哪些定速风扇可以关闭，或是可以平衡变速风扇负载的最优速度设定。这么做的目标就是在提供足够冷却能力的情况下最小化电能消耗，也就降低了能源的消耗。
第三个例子与人员安全相关。当现场有化学物质溅洒到人员身上时，工人需要寻找安全淋浴和洗眼器站。受伤人员可能没有能力在这同时通过对讲电台寻求帮助。因此其他人员就不会知晓，也不会跑来为受伤人员提供帮助。
通过在安全淋浴和洗眼器上安装开关量变送器，控制室内的操作员就可以在这些设备被使用的第一时间知晓。于是他们就可以呼叫急救人员去为受伤者提供帮助，也就缩短了反应时间。
第四个例子是一些偏远的现场，例如海上无人平台以及由于无法供电而没有监测或自动化手段的井场。中控的操作员如果不来到偏远的现场就无法知道哪一口井在生产，哪一口是停产。而人员的巡检由于时间、成本限制以及以及行程中可能存在的风险而不可能很频繁。
同样的，在注水和化学试剂的井口现场或是通过气举和水洗提高采收率的现场，操作员通常都看不到是多少的注射增加了产量。所以他们也就无法通过优化注射流程来改进生产和降低消耗。
尽管如此，通过在每一个井口安装压力、差压以及温度变送器可以使得操作员在中控区域就监测到生产和注射流程。通过对哪些井在生产、哪些停产，以及产量如何随着注射而变化的感知，可以优化生产，降低消耗。还可以实施其它的一些测量，例如测量截止阀的阀位或是测量套压来监测泄露，以及分离器和储罐的监测。
最后，操作员通常无法判断手动阀门的实际阀位，除非到现场实地查看阀门是开启还是关闭。一个经验丰富的操作员有时可以通过其它过程测量值来说出阀门是开还是关，但是没有什么经验的操作员做不到这一点。
如果阀门处在错误的位置上，有时就会发生失误或事故。但是如果在重要的阀门上加装阀位反馈变送器，操作员就能得到阀位的真实位置反馈，知道阀门处于什么状态。
简而言之，WirelessHART技术提供了一系列的方式去增加我们对环境的感知，因此操作员就可以获得更多的信息，做出更好的决策。
适用于任何系统
要获得这些WirelessHART带来的好处，通常需要将他们带来的信息集成进入控制系统中。特别是对于大规模的工厂和具有1000个以上无线变送器的现场。
但是如果现有的控制系统不能提供内置的WirelessHART支持呢？我们依然可以通过在资产管理系统中的智能设备管理软件来进行全厂范围的智能传感器管理。那么，用户又通过怎样的方式才能把信息传递给需要的地方呢？
幸运的是，Modbus/RTU，Modbus/TCP，OPC以及HART-IP协议使得过程变量集成入系统成为可能。HART-IP也可以让所有的来自WirelessHART变送器的设置和诊断信息进入任何系统。
过程变量的集成
来自变送器的过程变量可以在诸如集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）或是远程终端系统（RTU）的控制系统中被用到。它们也可以在诸如人机界面（HMI）或是资产监视、机械健康监视、历史采集系统等软件中被直接使用。既然有那么多的方式可以通过网关得到程变量，那么就没有系统会因为过于陈旧而不能得到数据。
集成的一个方法就是通过RS485电缆将网关连接进入具有支持Modbus/RTU协议的串行接口卡的主机系统中去。很多个网关可以连接入同一个RS485网络以支持全厂范围应用。这是将标准信号接入陈旧的控制系统的最常见方式。
每个变送器需要被用到的过程变量和状态信息都在网关内选择。导入和导出功能使得批量编辑和系统配置变得更快捷。
以太网提供了第二种选择。它支持多种协议，可以用网关上的同一个网口集成接入具有以太网接口卡的主机系统。多个网关可以被接入相同的以太网以支持全厂范围应用。例如，它们可以接入支持Modbus/TCP协议的系统。这是对于现代的控制系统最常用的方式。
对于某些品牌的PLC，网关上的以太网接口还可以用来通过EtherNet/IP协议接入。
OPC-DA是第三种可用协议。OPC是两个软件应用之间通讯的协议。操作站上的OPC代理/服务器软件可以与网关通讯，使得诸如HMI软件或系统数据库这样的OPC-DA客户端可以读取数据。
智能设备管理的集成
变送器可以在智能设备管理软件中进行管理，以便进行日常维护和大修计划。这包括两个方面：从设备获取信息传递到软件系统，以及在软件系统中显示或使用这些信息（特别是对于设备来自不同生产厂家的情况）。可以使用和4~20mA/HART以及基金会现场总线设备相同的手持式通讯设备来配置和检查传感器健康状况。但是对于大量的变送器的安装，最好是使用集中式的监测方式。Modbus，EtherNet/IP以及OPC-DA适合传输过程变量，但是并不支持传输诊断信息进入智能设备管理软件。
HART-IP协议提供了从第三方系统的智能设备管理软件上获取变送器上除了过程变量之外的所有配置和诊断信息的方法。
HART-IP协议采用和Modbus/TCP，EtherNet/IP以及OPC-DA相同的以太网线。它同时也使用和4-20 mA/HART以及WirelessHART相同的标准命令，因此不需要网关到软件的数据映射。这就使得即使管理大量变送器的巨量配置信息也非常轻松。
有两种方式可以在智能设备管理软件中图形化地显示设备配置和诊断数据：电子设备描述语言（EDDL）以及现场设备工具/设备类型管理器（FDT/DTM）。
对于基于EDDL设备集成技术的IDM软件，可以轻松下装每个设备的EDDL文件。这使得IDM软件可以通过HART-IP在网关上获取变送器的所有信息。
对于基于FDT/DTM设备集成技术的IDM软件，可以安装网关的commDTM和gatewayDTM文件，以及每个设备的deviceDTM文件。这样就使得IDM软件可以通过HART-IP在网关上获取变送器的所有信息。
使技术产生成效
现在可以通过流量、液位、阀位反馈、pH、电导率、振动、温度、压力、声波以及液位开关和开关量变送器来提供给操作员过去所没有得到的视野。这些通常是P&ID图纸之外的应用。
感谢WirelessHART网关，工厂里不具备内置WirelessHART支持功能的系统也可以通过技术带来的能力获利。带来的结果是维护成本的降低、能源节省以及产量的提高。
为了开始工厂的现代化改造，可以首先安排一次对工厂资产和现有工作模式的调研，以确定在哪里可以增加对资产和生产流程的监测。
