采用無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)測(cè)
——不需要額外成本和復(fù)雜接線
如今無線通訊不斷發(fā)展油挥，它能夠提供更簡(jiǎn)便蒲姥，成本更低的方案來實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)測(cè)蚪桐，無需敷設(shè)電纜卜陵，也不會(huì)破壞工廠現(xiàn)有結(jié)構(gòu)绝鸡，只要在中控室就能進(jìn)行設(shè)備配置和故障排除。
背景介紹
液位開關(guān)可應(yīng)用于液體或漿料开贼，如涂料和充氣液體舰褪。傳感器不受流動(dòng)、渦流疏橄、氣泡占拍、泡沫、振動(dòng)捎迫、固體顆粒晃酒、沾敷或液體特性的影響。它可作為時(shí)實(shí)液位變送器的后備窄绒，監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐的液位高低贝次，根據(jù)液位情況啟動(dòng)泵，開啟或關(guān)閉攪拌器彰导。
如今無線通訊不斷發(fā)展蛔翅，它能夠提供更簡(jiǎn)便，成本更低的方案來實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)測(cè)位谋，無需敷設(shè)電纜搁宾，也不會(huì)破壞工廠現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，只要在中控室就能進(jìn)行設(shè)備配置和故障排除倔幼。
液位開關(guān)內(nèi)置的智能功能可區(qū)分音叉粘連搭接和液位過高的情況使谋，有效減少了現(xiàn)場(chǎng)勘查的麻煩。因?yàn)橐何婚_關(guān)自帶電子設(shè)備描述語言（EDDL）坷磷，因此可以和工廠其它壓力或溫度變送器等智能設(shè)備一樣通過設(shè)備管理軟件進(jìn)行配置和監(jiān)測(cè)度攘。
工廠中很多儲(chǔ)罐并不適合安裝可連回控制室的儀表，這樣就無法對(duì)冷卻劑和潤(rùn)滑劑的液位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)竹坝。
事實(shí)上嘱杆，大多數(shù)工廠考慮到接線成本止歇，一般在設(shè)計(jì)時(shí)都盡可能降低儀表的需求量。對(duì)于設(shè)備信息杭嚷，通常是依靠人工記錄翘辑。但是工廠對(duì)于質(zhì)量、產(chǎn)量嚣咕、利用率溜信、可靠性、更短的停車時(shí)間绷咳、能源效率幸双，和符合新的環(huán)境法規(guī)的關(guān)注度越來越高，這就要求工廠的維護(hù)和運(yùn)行模式不得不作出改變位仁。設(shè)備的監(jiān)測(cè)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化柑贞，無線技術(shù)顯然是理想之選。
克服局限性
在現(xiàn)有工廠中添加硬接線的液位開關(guān)成本會(huì)很高聂抢，不但需要布線钧嘶，還可能需要額外的線槽、系統(tǒng)輸入卡件和系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)琳疏，而且安裝費(fèi)時(shí)有决，在這種情況下，增加新測(cè)點(diǎn)的想法往往被束之高閣轿亮。無線液位開關(guān)恰好克服了這種硬接線的局限性疮薇，它的通訊采用IEC62591(WirelessHart)標(biāo)準(zhǔn)胸墙，這是目前無線技術(shù)應(yīng)用于過程工業(yè)的唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)我注。使用無線液位開關(guān)無需接線和系統(tǒng) 卡件，而且調(diào)試更簡(jiǎn)單迟隅，它的電源模塊是本安型的但骨，可在危險(xiǎn)場(chǎng)合換電池，如果每60秒刷新一次智袭，電池壽命最高可達(dá)10年籍纸。
無線液位開關(guān)可與無線變送器(如壓力、溫度渊妨、pH烹驰、振動(dòng)、電導(dǎo)率夕涧、液 位魄蔗、閥位監(jiān)測(cè)等)共享一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，所有的信息也可通過同一個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行傳遞刹讹， 一個(gè)網(wǎng)關(guān)最多可支持100臺(tái)基于IEC62591標(biāo)準(zhǔn)的儀表肆洽。一旦網(wǎng)關(guān)安裝完畢易麻，就能根據(jù)需要任意擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，因此將液位開關(guān)安裝在以前沒有被控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的位置社咒，可以有效提高操作和人員的安全性秽祷。能夠方便地添加和安裝新設(shè)備也是工廠將無線技術(shù)作為首選方案的原因之一。
因?yàn)镮EC 62591 設(shè)備采用相同的協(xié)議位俩，所以來自于不同廠商的設(shè)備或網(wǎng)關(guān)都可以進(jìn)行無縫整合矗寂。這些設(shè)備自組織成一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，相互之間都能通訊乍狐，即使相隔很遠(yuǎn)赠摇，也可通過接力的方式將信號(hào)傳遞到網(wǎng)關(guān)。其它無線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)浅蚪，如星狀或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)都不適用于高密度的工廠環(huán)境藕帜，必須再投入高額的成本搭建主干路由器。
自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)不要求設(shè)備到網(wǎng)關(guān)之間存在直接的可視路徑惜傲，而且無需在工廠建立接入點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)洽故，也不需要在危險(xiǎn)場(chǎng)合用電。設(shè)備可以自動(dòng)尋找最佳通訊路徑盗誊，無線系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)时甚，以確保網(wǎng)絡(luò)通訊能力強(qiáng)勁，數(shù)據(jù)可靠性達(dá)到99%以上哈踱。如果設(shè)備有增減荒适，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)調(diào)整通訊路徑，而不會(huì)打斷數(shù)據(jù)的傳遞开镣，也無需進(jìn)行人工設(shè)置或重設(shè)刀诬。
正是因?yàn)橛辛诉@些技術(shù)，要在現(xiàn)有工廠增加液位開關(guān)以提高自動(dòng)化程度就變得十分容易常籍，例如健吃，不必再派工作人員到現(xiàn)場(chǎng)拿著測(cè)量尺測(cè)量讀數(shù)，無線液位開關(guān)可每隔幾分鐘或幾秒鐘測(cè)量一次液位锨圣，而不是每天陕绢、每周或每個(gè)月測(cè)量一次，與人工記錄相比骗采，自動(dòng)測(cè)量的效率要高幾千倍闯揪，而且測(cè)量精度更高，無線液位開關(guān)還可用于機(jī)器裝置中的油液監(jiān)測(cè)词趾。由于入門方便避某，小型的無線項(xiàng)目很容易就能實(shí)現(xiàn)。
工作原理
振動(dòng)音叉液位開關(guān)根據(jù)音叉的原理工作。內(nèi)置的壓電晶體使外部的音叉在一定共振頻率下振動(dòng)洼荡，音叉的頻率根據(jù)被測(cè)介質(zhì)而改變椎吼，液體的密度越高，頻率越低下质，音叉是否浸在被介質(zhì)中也會(huì)產(chǎn)生不同的頻率姓建，而這些頻率的變化都能夠監(jiān)測(cè)得到。
選擇短音叉的固有頻率一般為1400赫茲缤苫，以防止受到設(shè)備振動(dòng)的干擾速兔，這種干擾可能引起錯(cuò)誤的開關(guān)動(dòng)作。音叉的設(shè)計(jì)為使液體可快速從音叉末端滴落活玲。
根據(jù)頻率還能夠知道音叉的狀況涣狗。與其它液位開關(guān)的技術(shù)不同，振動(dòng)音叉無可移動(dòng)部件舒憾，因此不容易出現(xiàn)故障镀钓。
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監(jiān)測(cè)功能
智能振動(dòng)音叉液位開關(guān)能夠監(jiān)測(cè)音叉沾連搭接，這種情況往往會(huì)造成傳統(tǒng)液位開關(guān)不工作而引發(fā)停產(chǎn)镀迂、溢流和泵損壞等嚴(yán)重后果丁溅。
來自于硬接線式浮筒液位開關(guān)的簡(jiǎn)單開/關(guān)信號(hào)，無法判別是開關(guān)沾連還是高液位狀態(tài)探遵，同樣它也無法判別是液位開關(guān)壞了還是信號(hào)無效窟赏，因此技術(shù)人員不得不定期去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)和再確認(rèn)，但結(jié)果往往是沒有出任何問題箱季。
采用智能設(shè)備棕健，根據(jù)音叉的頻率變化不僅能監(jiān)測(cè)液位的高低，而且可以發(fā)現(xiàn)音叉是否沾連搭接雳雄，以及音叉外部或是內(nèi)部晶體是否損壞秕肚，音叉是否有腐蝕情況。
現(xiàn)場(chǎng)智能化讓技術(shù)人員前往現(xiàn)場(chǎng)憑直覺檢查成為過去斯凑，現(xiàn)在可以在中控制室對(duì)可疑問題進(jìn)行遠(yuǎn)程確認(rèn)肾俯，并安排相應(yīng)的故障排除和服務(wù)計(jì)劃眨攀。
操作界面
維護(hù)人員需要管理來自于不同廠商各種型號(hào)的智能設(shè)備蛀颓，遠(yuǎn)程設(shè)置對(duì)于變送器來說已有20多年的歷史，而對(duì)于液位開關(guān)來說還是較新的方式扛聂。
為了實(shí)施更方便艘尊，設(shè)備廠商采用EDDL((暫不可見))來定義設(shè)備在系統(tǒng)中顯示的方式，這一技術(shù)在變送器栏付、定位器和開關(guān)量設(shè)備（液位開關(guān)罚考、開關(guān)閥和電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)）等連續(xù)設(shè)備中廣泛使用。
采用EDDL使基于IEC62591的液位開關(guān)能夠和其它工廠設(shè)備一樣在同一個(gè)智能設(shè)備管理軟件中進(jìn)行設(shè)置和訪問笼踩。液位開關(guān)的信息和無線壓力、溫度變送器以及其它過程參數(shù)并排顯示嚎于，它們的顯示方式和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線以及Profibus設(shè)備也是一樣的。
顯示的一致性使工作更直觀袍睡，同時(shí)也便于技術(shù)人員將在其它設(shè)備上掌握的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用于液位開關(guān)肋僧，而基于EDDL的系統(tǒng)也使管理不同廠商的不同設(shè)備變得更為容易，用戶不需要因?yàn)樵O(shè)備的不同而學(xué)習(xí)不同的軟件止潘，從而減少工作的差錯(cuò)辫诅。廠商說明書根據(jù)人性化原則以文 本格式通過EDDL文件顯示到系統(tǒng)中，即使是經(jīng)驗(yàn)不足的技術(shù)人員也能順利完成液位開關(guān)的設(shè)置福互。
0例如厨刷，在設(shè)備信息頁面中，過程狀態(tài)清晰地顯示為“干”或是“濕”彪选，同時(shí)還能看到設(shè)備的健康狀態(tài)檐伞，操作人員能夠輕易辨別是音叉積沾連還是極端高液位狀態(tài)，并能及時(shí)采取相應(yīng)措施切拳。
顯示過程狀態(tài)和設(shè)備健康狀態(tài)的儀表面板
音叉沾連能夠在初始階段就被發(fā)現(xiàn)孽倒，并在屏幕上標(biāo)注出來進(jìn)行預(yù)報(bào)，這樣操作人員就可以在過程受到影響前就安排音叉的清洗救鲤，因此提前發(fā)現(xiàn)音叉沾連搭接的情況可以防止不必要的停車，有效減少停機(jī)時(shí)間斥扛。維護(hù)人員也能將更多精力放在真正必要的清洗和維護(hù)工作上，而不是無謂地去檢查不需要清洗的音叉队他。
作為一個(gè)可以用來進(jìn)行故障排除的輔助工具峻村，它還能以指針表盤的形式動(dòng)態(tài)顯示音叉的頻率變化，并用色帶區(qū)分正常和異常運(yùn)行狀況垢啼。內(nèi)置電源模塊的使用狀況也能夠顯示出來张肾。EDDL技術(shù)是互操作的關(guān)鍵，它通過一個(gè)層級(jí)式的菜單結(jié)構(gòu)訪問所有儀表的功能悟唆，在信息頁面中還可以查看到設(shè)備的照片，以便在現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別圃星。
有關(guān)設(shè)備頻率和電源模塊的信息可用來排除故障
來自于廠商的EDDL文件定義設(shè)備在系統(tǒng)中的顯示方式烤眉，不同于其它設(shè)備的集成技術(shù)，采用EDDL調(diào)試新的設(shè)備或新的設(shè)備版本不需要軟件安裝技術(shù)或權(quán)限管理梦迂。
每臺(tái)設(shè)備的不同版本都對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的由廠商提供的EDDL文件紧邑，不存在共享文件，因此不會(huì)因?yàn)樘砑右慌_(tái)新的設(shè)備而將另一臺(tái)設(shè)備的文件覆蓋掉苍糠。
EDDL是一個(gè)壓縮的文本文件犁跪，獨(dú)立于Windows 操作系統(tǒng)歹袁，它在系統(tǒng)管理的優(yōu)勢(shì)高于其它設(shè)備集成技術(shù)，現(xiàn)有的設(shè)備文件不會(huì)因?yàn)閃indows的版本更新而過期枫耳，反之，新的設(shè)備文件也不會(huì)要求Windows作系統(tǒng)升級(jí)迁杨，它可以兼容新版本的windows操作系統(tǒng)和軟件，大大節(jié)省管理時(shí)間捷沸。
開關(guān)延遲可最大限度地減少因渦流或液體飛濺而發(fā)生的錯(cuò)誤開關(guān)動(dòng)作狐史，例如攪拌機(jī)。在傳統(tǒng)的液位開關(guān)上設(shè)置延遲红狗，必需要將表打開暴遂，并用螺絲刀調(diào)節(jié)分壓計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行這樣的操作很不方便粘伊，而且要將電子部件暴露在危險(xiǎn)的環(huán)境中也不安全惠翼。
采用WirelessHart 振動(dòng)音叉液位開關(guān)，可在中控室遠(yuǎn)程做開關(guān)延遲等設(shè)置和調(diào)節(jié)喻秩，而無需前往現(xiàn)場(chǎng)。設(shè)備管理軟件通過EDDL技術(shù)維護(hù)單一的設(shè)備記錄審查報(bào)告缕陕，報(bào)告針對(duì)所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備疙挺，也包括液位開關(guān)設(shè)置的變化。
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更多收益
一旦使用了IEC62591網(wǎng)關(guān)蔬崩，就能利用它的很多功能搀暑。例如可任意添加變送器持續(xù)改進(jìn)過程性能跨琳，在有線方案無法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的地方逐步增加新的無線測(cè)量脉让，其實(shí)就像一個(gè)個(gè)小型項(xiàng)目功炮，能夠快速方便地實(shí)施。
由于接線成本過高薪伏，在現(xiàn)有工廠里有很多液位點(diǎn)并未實(shí)施監(jiān)測(cè)墅瑟。數(shù)字工廠的核心 是利現(xiàn)場(chǎng)智能化提高工廠運(yùn)行性能；利用無線技術(shù)在無需接線成本疯蓄，不破壞工廠原有結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)測(cè)壁歧。
因?yàn)橛辛薊DDL技術(shù)，設(shè)備廠商就能夠本著人性化設(shè)計(jì)的原則開發(fā)軟件演示谎后，指導(dǎo)操作人員進(jìn)行工 廠智能設(shè)備的設(shè)置，即使設(shè)備來自于不同協(xié)議的不同廠商古种，設(shè)備的復(fù)雜程度不盡相同，也能輕松管理坠髓。
銜接新舊技術(shù)的橋梁
現(xiàn)代化的離散控制系統(tǒng)都能支持無線方案茄码，但是老的控制系統(tǒng)也能通過無線網(wǎng)關(guān)使用無線液位開關(guān)或其它的IEC62591儀表，無線網(wǎng)關(guān)可將信號(hào)轉(zhuǎn)成Modbus/RTU, Modbus/TCP或OPC构韵≈懿洌控制系統(tǒng)的工程師站不需要安裝特別的軟件來支持無線疲恢，因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置是通過內(nèi)置于網(wǎng)關(guān)中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器完成的，設(shè)備的設(shè)置由智能設(shè)備管理軟件完成棚愤，無需為控制系統(tǒng)安裝額外的軟件來運(yùn)行和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)杂数，相反工廠原來在用的HART組態(tài)工具，包括資產(chǎn)管理軟件和手操器等都繼續(xù)為無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)次和，一旦無線網(wǎng)絡(luò)建好后斯够，可根據(jù)測(cè)量要求任意添加無線儀表榕华，而不會(huì)影響已有的無線網(wǎng)絡(luò)窗项。
關(guān)于艾默生過程管理
艾默生過程管理(暫不可見) （全球）帮声、(暫不可見) （中國(guó)）是艾默生業(yè)務(wù)的一部分专散，其在化工、石油天然氣叶皿、煉油、紙漿和造紙拢掷、電力曹动、食品與飲料墓陈、制藥和其它的工業(yè)的自動(dòng)化領(lǐng)域中居于領(lǐng)先地位贡必。針對(duì)特定的工業(yè)行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)、咨詢押框、項(xiàng)目管理和維護(hù)服務(wù)橡伞。艾默生過程管理公司的品牌包括: PlantWeb?, DeltaV?, Ovation?, Fisher?, Micro Motion?, Rosemount?, Mobrey?, Daniel?, Bristol?, 和 AMS? Suite.
關(guān)于 Emerson
總部位于美國(guó)圣路易斯市的 Emerson （紐約證券交易所股票代碼: EMR）是一家全球領(lǐng)先的公司兑徘，該公司將技術(shù)與工程相結(jié)合刚盈，在網(wǎng)絡(luò)能源蓄梯、過程管理纸靠、工業(yè)自動(dòng)化誓读、環(huán)境優(yōu)化技術(shù)及工具和儲(chǔ)存領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)、商業(yè)及消費(fèi)者市場(chǎng)客戶提供創(chuàng)新性的解決方案伞让。公司 2010 財(cái)年的銷售額達(dá) 210 億美元。如欲了解進(jìn)一步信息菲恢，歡迎訪問 (暫不可見)（全球）锁孟、(暫不可見)（中國(guó)）罗岖。
（艾默生過程管理 PlantWeb工廠管控網(wǎng)總監(jiān)Jonas Berge）
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