Интеллектуальные регулирующие клапаны, интеллектуальные позиционеры (смарт-позиционеры)

Показаны преимущества и перспективы использования беспроводной связи на уровне полевого контрольно-измерительного оборудования.

Наиболее перспективным направлением развития информационных структур во всем мире являются в настоящее время беспроводные технологии. Активно развиваются беспроводные технологии для систем автоматического управления ТП.

Действительно, применение этих технологий оказывается весьма эффективным для связи дистанционно расположенных контрольно-измерительных приборов и регулирующих клапанов с приборами управления, которые располагаются в центральной операторной. Особый эффект достигается при этом на больших нефтеперерабатывающих заводах и химических предприятиях. Реализация богатейших возможностей беспроводных технологий постоянно растет. Применение беспроводных технологий позволяет достичь значительных преимуществ.

Отказ от проводных систем связи и связанных с ними затрат на проектирование, материалы, монтаж, обслуживание и ремонт позволяет существенно снизить капитальные и эксплуатационные расходы. Особенно это важно для позиций, которые находятся в местах отдаленных или затрудненных для доступа, что опять-таки характерно для заводов, расположенных на обширной территории. При замене традиционного проводного подключения беспроводным подключением достигается экономия 90% [1].

Беспроводные системы связи применительно к полевому оборудованию позволяют легко и быстро выполнять операции по его совершенствованию (это - установка новых и замена старых приборов и клапанов, добавление новых функций). В случае проводных систем связи это потребовало бы больших (иногда - очень больших) работ и, соответственно, затрат. Иногда оказывается экономически выгодным применить беспроводные приборы вместо замены неисправной или поврежденной проводки.

Беспроводные системы связи более безопасны для обслуживающего персонала и более экологичны, способствуют защите от несанкционированного доступа.
Применение беспроводных систем связи увеличивает срок службы и время безремонтной работы полевого оборудования АСУТП (учитывая российские климатические параметры).

Важнейший фактор для принятия любой новой технологии это - надёжность, и беспроводная технология - не исключение. Надежность беспроводных систем зависит от наличия нескольких путей связи, то есть, если одно устройство связи отказало или заблокировано, то вступает в работу другое устройство. Это может быть реализовано при помощи сетевой структуры, которая предлагает различные пути передачи данных, чтобы достичь приемника (интерфейса), который осуществляет связь дистанционного устройства с системой управления или с каким-либо другим пунктом предприятия. Сетевая структура характеризуется избыточностью, благодаря которой обеспечивается высокий уровень надежности связи вне зависимости от того, какие временные или постоянные препятствия существуют между передающим устройством и приемником. Еще одной гарантией надежности является электронный метод, называемый "скачок частоты". Если какой-либо канал с определенной частотой испытывает какие-либо внешние воздействия, то беспроводной передатчик чувствует проблему и автоматически выбирает другой канал (с другой частотой). Наличие нескольких путей коммуникации и нескольких частот делает беспроводную технологию столь же надежной, что и проводная технология. Кроме того, беспроводная система нечувствительна к перебоям в подаче энергии и к случайному повреждению кабеля [2].

Интенсивному развитию беспроводных технологий способствовали два фактора. Во-первых, источники питания, применяемые в составе беспроводных полевых устройств, достигли необходимой степени совершенства. Во-вторых, в конце 1990-х гг. началась разработка стандартов, чтобы добиться необходимой надежности и защищенности беспроводной связи. Эти усилия завершились созданием широкого ассортимента беспроводных измерительных приборов, выполненных на базе открытого коммуникационного стандарта Международной Электротехнической Комиссии IEC 62591 (Протокол WirelessHART).

Вот некоторые характеристики промышленного стандарта IEC 62591:

самоорганизующаяся адаптивная маршрутизация;

для настройки сети WirelessHART не требуется специальных знаний; интеллектуальные приборы беспроводной сети автоматически определяют оптимальные маршруты прохождения сигналов;

беспроводная сеть на базе технологии HART непрерывно отслеживает ухудшение параметров каналов связи и восстанавливается самостоятельно;

адаптивное поведение обеспечивает надежную автоматическую работу и упрощает разворачивание, наращивание и перестройку сети на основе HART-технологии.

Самовосстанавливающаяся сеть (при возникновении в сети WirelessHART препятствия для прохождения сигнала приборы автоматически определяют наилучший альтернативный канал связи). После создания альтернативного маршрута поток информации возобновляется.

Естественная интеграция в существующие системы верхнего уровня (единые приложения системы управления, подключение шлюзов с использованием промышленных протоколов связи).

Стандарт IEC 62591 обеспечивает высокую надежность связи и при этом допускает построение сетей различных топологий в масштабах от нескольких точек до автоматизации целого предприятия. На повестке дня стоит создание инфраструктуры беспроводной связи, состоящей из единой сети шлюзов, точек доступа и ПО. Эта структура позволяет быстро и просто добавлять новые объекты.

Мало кто из читателей видел в составе полевого оборудования регулирующий, отсечной или ручной клапан с антенной. Действительно, процесс внедрения беспроводных технологий здесь только начался, но он интенсивно развивается.

В качестве примера покажем два прибора фирмы Emerson. На рис.1 показан регулирующий клапан с цифровым позиционером Fieldvue, который снабжен беспроводным адаптером 775 THUM. Адаптер позволяет сочетать "проводной" HART-протокол с протоколом WirelessHART. На рис. 2 показан сам адаптер, который позволяет получить беспроводным способом информацию о состоянии и неисправностях позиционера или клапана. На рис. 3 показан беспроводной датчик положения клапана типа 4320, который одновременно выполняет функцию конечного выключателя.

Рис.1

 Рис. 2                                                              Рис. 3

Казинер Юрий Яковлевич - канд. техн. наук, независимый эксперт.

E-mail: ykaziner@mail.ru

Список литературы

1. Хамов А.А. Беспроводные решения SmartWireless от компании Emerson для автоматизации ТП // Промышленные АСУ и контроллеры. 2008. №5.

2. Ламбруаз Г., Каршния Б. Как улучшить разведку, добычу и переработку углеводородного сырья с помощью беспроводных технологий автоматизации // Oil&Gas Journal. 17.06. 2011.