革新:远程自动化

基于基金会现场总线(FF)的远程运行管理(ROM)技术,浙江中控打造了针对远程自动化领域的革命性平台。

在过去的几十年里,远程自动化应用从简单的监视、数据传输到远程控制、设备诊断/维护,再到与生产过程和管理系统集成的发展之路。随着当前的远程应用需求的迅猛发展,以及自动化通信技术,尤其是现场总线技术的进展,传统的远程监控正在衍变到真正的智能化远程运行管理(ROM)。

在基于基金会现场总线(FF)的远程运行管理应用领域,浙江中控(SUPCON)已经走在了国内自动化企业最前沿。2014年6月19日,由中国仪器仪表行业协会现场总线专业委员会(CFFC)秘书处和基金会FF现场委员会市场委员会(FFCMC)主办的“Fieldbus Fundation基金会(FF)现场总线技术助力重庆工业发展2014中国路演•重庆站”的活动中,来自浙江中控研发中心的现场总线技术总监张晓刚先生对ROM技术及其应用进行了一个全面的介绍讲解。

ROM驱动力

随着油气开采、管线输送、采矿、水和废水、铁路等行业的远程需求蓬勃发展,人员因素、技术因素、实时数据因素、安防因素和成本因素等多方面的驱动力正在推动着远程运营的发展,用户需要为远程自动化资产加入真正的“智能”。

ROM顾名思义,不难知道,正是因为工业应用中地理位置的广域分布和恶劣环境,才成为ROM技术发展的核心驱动力之一。现在越来越多的资源在难以到达和危险的区域被发现,例如海上作业。越来越遥远的地方打下一口又一口更深的钻井,开采石油、天然气、矿物等各种资源的新闻不时见诸报端,油气开采的远程自动化需求日益迫切。

同时,一旦发现了这些资源,就必须进行距离越来越长的运输——连接世界上最遥远地区和人口最稠密城市的输油管道长度记录在不断被打破。据美国能源信息署预测,到2020年之前,世界管道的长度将以每年7%的增长率增长,到2015年前后,全球将新建约3.6万公里长度的输油管道,其中中国从2014年至2020年每年将建设约8,000公里的输油管道。

上述其他的重要驱动力因素或多或少都与这一地理环境问题息息相关。

(1)人员的挑战

基于远程的距离扩展,用户派遣技师去遥远的服务地区,无论在成本还是安全性上的挑战都越来越多。而另一方面,用户本身的技术劳动力数量也正在减少,公司内部维护部门的规模要比过去小很多。事实上,绝大多数重要的最终用户都在努力减少甚至取消派往遥远地区的人员,这意味着远程需要彻底实现自动化“运营”与管理。

(2)技术挑战

技术的不断发展也为远程运行找到了新路。在很多方面,远程运行比其他流程行业领域采用了更多的技术。例如,Wireless HART和ISA 100.11等工业无线技术现在已经广泛应用于储油站和铁路站场当中,蓬勃发展的天然气运输市场需要自动化资产与生产管理以及企业管理之间进行更加紧密的合作。当然,现有的IT标准,比如以太网,也正在逐渐延伸到自动化世界当中。

(3)实时数据需求

绝大多数远程运行应用传统上有一个稳定的环境,系统收集历史数据,最终用户采用某一种工具和自己的智力资源分析这些数据。监视控制系统可以协调来自多个RTU的数据,这就是第一代分布式控制系统严谨、层次化的控制哲学。

然而,远程运行应用正在快速的从静态转化为动态。现在,参数已经从之前的每天或者每周变化,发展到实时变化。以能源成本为例,电价可以每天波动40%,而天然气的价格是所有贸易品中波动最为频繁的。

用户还需要面对更加严格的生产规范和越来越多的监管法规,比如现在对于天然气中的甲烷含量就有硬性的要求。企业也必须要处理供水系统中的损耗问题,在油管中采用更加先进的腐蚀检测方法。

(4)安防挑战

从定义来看,远程运行就意味着安防方面的挑战,这不仅仅体现在进入控制和监控这些物理安防问题,还包括有网络安全。用户正在集成越来越多的技术,比如视频监控,同时最近有很多面向流程自动化行业的网络安全规定也主要面向远程应用。

(5)成本挑战

远程应用的项目规模正在变得越来越大,全世界范围内都在不断出现创纪录的输油管道、天然气加工基地、离岸深水钻井平台。这些日益扩大的项目当然会越来越复杂,并且难以管理。

基于FF的优势

从总体上来说,相对于传统的RTU或者PLC等远程自动化技术,基于基金会(FF)现场总线的远程运行管理(ROM)可以整合来自不同的网络的设备数据,并通过有线或无线回程网络将这些数据传回中控。作为基金会现场总线规范的补充,ROM为远程资产和应用提供有线和无线基础架构。

基金会ROM可以直接获取无线和远程I/O设备中的信息和诊断数据。反过来,基金会ROM可以将这些数据传递到基金会现场总线环境当中,用于数据管理和质量控制。它为多个无线和有线网络的集成提供了一种开放的方法,无论是传统的远程I/O还是ISA100.11a和WirelessHart都可以进行集成,并直接获取设备信息和诊断数据。这项技术扩展了基金会现场总线的功能,无论工厂中的设备采用何种通讯技术,它都可以将更多的这些设备涵盖其中。

使用FF远程运行管理,工业企业将会改善数据管理、提升数据质量和一致性。他们还可以从网络中的任何位置监控和管理多个设施中的运营活动,帮助提升专业能力,减少了要派遣员工到遥远区域所引发的问题,同时还可以最大化产能、优化运营。

无线可以进一步降低用户的安装成本,同时从物理上和经济上简化与遥远地区的沟通。无线解决方案可以轻松获取更多的检测和执行点信息,用于流程监视和控制、过程优化、工厂及人员安全和维护。

无线设备显著降低了现场安装的成本,它们可以被部署在现有的工厂和新建项目当中。功率和带宽可能会限制无线的功能以及某些应用当中的更新速率,但是现场总线基金会已经认识到无线技术可以在不久的将来与现有的总线技术共存。

迎接挑战

对于FF远程运行管理技术及其应用需求,浙江中控早已做好了一系列准备。

早在2011年,最新一代支持FF技术的SUPCON ECS-700DCS及SAMS设备管理软件便在美国成功通过FF基金会的测试认证,是中国国内首家完成FF主机系统认证,并成为国际上第三个符合“61bProfile”的FF现场总线主机系统。2013年,支持Wireless HART的主机系统也在ECS-700上成功实现,成为国内首家实现Wireless HART远程接入和管理的系统供应商。

在基于现场总线的ROM技术应用方面,SUPCON围绕着最新的ECS-700主机系统,主要从硬件和软件两个方面取得了重要的突破,并为远程自动化客户带来收益。

硬件方面,SUPCON体现了支持大规模远程应用,并且系统可靠性和可维护性高的特点,主要体现在:单对控制器支持多达1,024台FF设备和1,024个FF功能块;采用冗余/非冗余设计的FF电源,自带的硬件故障诊断信号可直接引入DCS作为故障监控输出,方便用户的维护,等等。ECS-700系统还为工业无线网络设计了一种分布式无线网关的应用系统,实现同一个无线传感器网内一种可灵活配置的分布式无线网关的解决方案,适用于各种无线网络拓扑与无线网络协议,如WirelessHART、ISA100、WIA-PA等等,实现了现场数据的分布式管理以及监控。

在软件层面,中控对FF ROM进行了更为广泛和深入的开发,主要为远程设备的组态、功能块编程、就地控制CIF、实时远程监控、远程实时和历史报警、系统诊断维护等方面提供了强大的工程师工具,例如:

FF系统组态软件:提供了设备远程组态接口,用户可以直接对远程设备参数进行在线浏览或修改;对于支持EDDL描述的设备,还可以使用图形化的方式进行操作管理,方便远程对设备组态,在工程师站即可完成所有设备维护工作而无需派驻工程师进入远程现场。另外,该软件还允许对在线设备进行直接诊断,帮助用户实时了解远程设备健康状况。

系统功能块图编程软件:通过控制器把映射功能块的组态信息下载到远程现场设备中,可直接在设备中运行该控制程序,真正实现了就地控制CIF。

实时监控软件:VFCenter完全符合FF协议,为所有现场总线功能块提供FF操作面板,除了常规操作,还提供所有远程数据的质量码显示和功能块的诊断信息,帮助用户判断整个回路监控状态。

FF报警及事件软件:中控的报警和事件管理基于NAMUR NE 107推荐性规范设计,使符合规范的现场设备的自监控和诊断更加贴近用户,保证提供信息的准确性和可用性,有利于用户对远程现场设备的高效维护、资产管理。中控的FF报警和事件软件还对过程报警提供实时报警显示和历史报警记录功能,所有报警通过报警服务器存储在数据库中。

系统状态诊断软件:通过多种通讯统计数据可以很容易判定网段故障。DiagUI诊断软件可在工程师站、操作员站和数据站运行。

革新的意义

用户的价值代表了革新的意义。基于FF的中控ROM解决方案,正在为越来越多的远程自动化用户带来诸多收益。

(1)人员效率:基于FF的中控ROM支持实时的远程运行管理,让用户可以更加有效地通过千里之外的相关专家对远程设备进行诊断,从而大大减少人员派遣费用。

(2)减少定制:作为高度可配置的解决方案,基于FF的中控ROM需要定制的工作更少。事实上,现在很多的远程运行自动化解决方案都需要高度定制,流程自动化行业每年花费在自动化项目定制上的费用高达数十亿美元,所花费在与定制相关工作上的成本要超过项目总成本的一半。同时,应用和网络中的定制工作和专利技术也使得智能设备中的大量数据无法使用,就更不可能在合理时间将数据发送给相关人员。

(3)避免意外停机:带有预测性诊断功能的基金会ROM技术可以帮助用户开发预防性维护策略,避免常规维护中不必要的现场往返,大幅削减维护成本。

(4)功能集成:基于FF的中控ROM可以集成很多远程操作中需要使用的功能。远程运行会涉及到很多复杂的资产,比如管道压缩机站。基金会ROM设备最多可以拥有2000个节点或者流程值(PV),支持集成机器健康监控传感器,诊断压缩机和其他流程设备的健康情况。基金会ROM还可以支持安全互锁、火焰和气体检测、视频监控,在远程运行管理中能够起到重要的作用。

当前,很多应用都可以应用基金会ROM技术,包括管道SCADA应用、智能油田、海上平台自动化和储油站,其他的应用还包括水及污水处理SCADA、航站楼自动化、采矿应用甚至是使用在流程行业中的OEM设备。在这一领域,浙江中控所提供的ROM平台,无疑已经站在国际潮流的前列,对中国的远程自动化应用提供了一种技术革新的可能。

评价!您认为该篇文章:

非常好          一般           没有价值

无需注册,直接提交,定期抽奖,祝您好运!

  • 转发至:
  • 收藏到QQ书签

相关报导