工业无线通讯 项目实施最佳策略

在项目实施中纳入无线技术,有助于证明该项目是具有增值意义的解决方案和应用。

通过在现有流程工厂中添加新的仪表来增加测量点有助于实现最佳运营策略和降低运营费用。但是,由于成本高昂、安装周期长且需要较长的停工时间,因此,想要证明这些自动化项目与采用传统有线仪表的自动化项目相比的优势却并非易事。

对于资金紧张的自动化项目来说,通常需要与其他提案进行分析以获取项目资金。这就需要制作一个清晰的方案用于说明该项目的价值将会高于现有状况,不但经济合理并且适用于现场运营。此外,项目的相关利益方需要确保该项目能够通过审批,并且有备用方案可用,以最大程度减少或消除任何潜在的成本剧增或成本骤降风险。

由于安装有线设备及其相关的基础架构的复杂性和成本原因,诸多困难蜂拥而至。安装需要花费时间,需要获得工作许可并且经常面临停车。设计工作繁多,特别是当需要与现有的系统进行集成时,许多不同的图纸和文件都需要重新审核和更新以反映新增布线及其相关基础设施的情况。

将无线技术集成至整体解决方案中将有助于节省占地成本及关键的布线和I/O端接空间,可能有些I/O已经无法找到。在项目中纳入无线技术有助于证明该项目是具有增值意义的解决方案和应用,可以将其添加至无线网络并用来描述其在原有项目范围之外的更多优势。

有线仪表面临的设计挑战

将传统有线仪器从其现场的安装点连接至自动化系统可以采用4-20mA接线或通过一个数字现场总线(例如基金会现场总线)来实现。无论是上述的哪种情况,通常都不是直接将仪表连接至自动化系统,而是通过一系列的中间点来实现。

如采用4-20mA接线方式,则第一步是确保在自动化系统上有一个备用的4-20mA输入。在最佳情况下,这将需要耗费时间来调查在现有接线柜中是否有闲置可用的空间。如果没有可用空间,则需要添加一个成本高昂的模拟输入模块。在最差情况下,即在现有机架或接线柜中没有可以用来添加新模块的备用空间,那么这将需要添加一个新的I/O机架或接线柜。

一旦找到了备用的4-20mA输入,则需要从仪表接线至输入模块。在现有的电线管中重新铺设一条新线缆几乎是不可能的,除非替换掉所有旧电线。在现有设施的电缆槽中增加接线通常困难重重,因为安装新线缆存在干扰现有接线的风险(见图1)。

 

图1. 在现有的电线管中重新铺设一条新线缆几乎是不可能的,除非替换掉所有旧电线;此外,在电缆槽中添加接线也是困难重重。

如上所述,基本上无法从仪表直接接线至自动化系统,而是通过地面上的许多中间点来实现,主要是布线柜和连接盒。在最佳情况下,机柜内拥有可用空间;但是,这仍然需要详细的初步调查和修改大量图纸。在最差情况下,没有可用空间,需要重新设计、购买和安装额外的接线柜和接线盒。

对于现场总线装置来说,如果现有网络容量允许,则添加仪表比4-20mA仪表简单多了;但是需要执行详细的工程分析,以确保在现有网络中添加新的仪表不会导致网络过载。这样的分析通常用于说明需要在现有的现场总线网络中添加新的组件,这会极大地增加设计工作和成本并会延长项目进度。

即使是添加为数不多的几个测量点,通常也需要多个多个功能团队一起对这些设计活动进行讨论;这样通常会由于资源有限而导致拟定的项目成本增加或无法执行。

在许多情况下,更好地选择是安装一个无线仪表来增加所需的测量点。

无线技术让困难迎刃而解

顾名思义,无线仪表无需布线的基础设施。通常仪表的自动化系统的连接是通过一个无线网状网络来实现,该网络通常由多个仪表,一个或多个无线网关以及与自动化系统临近的基站来组成。如果无线仪表采用电池驱动,则无需供电线路(图2)。每个无线网关将需供电线缆,单通常可以将这些网关临近电源进行安装。

图2. 电池供电型无线仪表无需信号或电源接线,并且使用寿命长达十年。

表:有线装置与无线装置对比

 

有线 

无线 

设计

需要广泛调查并对现有有线基础架构进行大量的重新设计工作。

只需一次无限基础架构设计,从此一劳永逸;即使需要新的基础架构,亦是如此。

可扩展性

受基础架构限制

具有高度可扩展性,适用于多种应用。

安装时间

耗时、即使是少许仪表,通常需要数周或数月。

每台仪表只需几小时

停工时间

经常需要停工

几乎不需要停工

维护

需要定期对物理基础架构进行完整性检查。对于分类区域,需要对接线设施进行强制的定期检查,以确保符合所需的保护等级。

将维护需求最小化,只需每10年或不到10年更换一次电源模块。

 

如果未部署无线网络基础设施,应该部署一个。但是一旦部署了这个网络,那么新增一个无线仪表则易如反掌。实际上,新的无线网络基础设施可以显著提高在现有自动化系统中增加仪表的容量,并且凭借该扩展功能,工厂的工程师们可以更加集中精力来解决重要的运营问题。

如果已经部署了无线网络,则实施非常简单并且成本绩效也显而易见。如果未部署无线网络,我们可以帮助您进行成本分析和网络设计。

成本分析

成本分析的第一步是确保无线方案的文档已备好,如果没有,则需要进行制定。这些文档为项目中的无线方案提供了设计基础,并且综合考虑了所有项目团队成员。艾默生过程管理解决方案架构师可以在项目前期通过使用各种标准模板来帮助最终用户制定这些文档。

第二步:工厂需要确定哪些区域可以通过无线测量来获益。无限测量点通常可以添加至应用,通过采用预定义的工程工艺确保其可以符合法规要求、提高资产效率,并且/或者通过预测性诊断提供早期报警,以帮助设计工程师更快地确定解决方案并节约项目实施成本。

假设在设施中未部署无线网络基础架构,则需要进行初步设计来进行成本估算。同时,添加无限测量点的优势也可以进行量化。可以通过利益和成本绩效分析来确定项目实施的合理性。

艾默生以及其他无线仪表和基础架构的领先提供商都拥有解决方案架构师,他们可以帮助最终用户进行日常的价值分析并进行项目论证。

某些供应商也拥有一些可以辅助初期设计的工具,例如艾默生的Basis of Design工具,它可以对在项目的I/O基础架构中添加无线技术的方案与传统的4-20mA 或现场总线装置进行对比提供详细的分析。

 

图3. 艾默生过程管理的Basis of Design工具可以帮助用户对其在整个I/O基础架构中引入的无线技术进行绩效对比和分析。

 

 

Basis of Design工具可以应用于项目前期设计过程中,用于评估在整个I/O解决方案中引入无线技术的优势。该设计工具可以帮助工程师团队对于那些从传统有线装置至无线装置的移动的单个或成群的点的优势进行量化。

  • 空间-会对与基础架构相关的接线柜的空间(布线、I/O、安全栅等)产生影响
  • 重量-影响整体重量,尤其是在模块化结构建造或海上改造项目中影响巨大
  • 时间-影响整个项目进度
  • 成本-影响成本,同时提供详细的成本明细表
  • 用电-影响项目用电,尤其是对于那些用电预算紧张对的装置来说,这一点尤为重要,例如海上装置,或极其依赖可再生电源的装置。

根据以往分析,采用无线替换有线I/O可以实现22%至67%的节约,对于严苛的环境中复杂的装置来说,数值更大一些。

一旦项目完成了论证,那么下一步就是项目实施。

项目实施

项目实施需要从项目实施文档开始,这样可以确保所有的设计利益相关方都了解项目实施计划和应用。接下来就是详细的项目规划和项目进度安排,这将定义所有的项目任务并将其落实至责任人。主要的项目任务是设计、采购、安装和软件组态。

由于无需有线基础架构,因此,同等规模的项目,无线比有线方案会涉及更少的工作。无限方案的主要工作是安装仪表、网关和基站。一旦安装完成,会将这些项目一起连接至无线网络。最终,基站必须连接至DCS或另一个控制和检测系统,并且这些系统必须经过配置可以读取和处理无线仪表提供的信息。

通过所有这些工作,在设计过程中,无线技术必须作为一条隐线贯穿始末,因为它与传统有线装置截然不同。工具、文档和工艺都可以设定为不仅适用于现有项目,并且适用于未来无线仪表的添加。需要在DCS或控制系统规格书中增加一节用于描述集成选项,无线方案提供商可以经常通过预建的规格书按需提供帮助。

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