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艾默生過程管理 PlantWeb工廠管控網總監(jiān)Jonas Berge
液位開關可應用于液體或漿料，如涂料和充氣液體。傳感器不受流動、渦流、氣泡、泡沫、振動、固體顆粒、沾敷或液體特性的影響。它可作為時實液位變送器的后備，監(jiān)測儲罐的液位高低，根據液位情況啟動泵，開啟或關閉攪拌器。
如今無線通訊不斷發(fā)展，它能夠提供更簡便，成本更低的方案來實現(xiàn)液位監(jiān)測，無需敷設電纜，也不會破壞工廠現(xiàn)有結構，只要在中控室就能進行設備配置和故障排除。
液位開關內置的智能功能可區(qū)分音叉粘連搭接和液位過高的情況，有效減少了現(xiàn)場勘查的麻煩。因為液位開關自帶電子設備描述語言（EDDL），因此可以和工廠其它壓力或溫度變送器等智能設備一樣通過設備管理軟件進行配置和監(jiān)測。
工廠中很多儲罐并不適合安裝可連回控制室的儀表，這樣就無法對冷卻劑和潤滑劑的液位進行連續(xù)監(jiān)測。
事實上，大多數工廠考慮到接線成本，一般在設計時都盡可能降低儀表的需求量。對于設備信息，通常是依靠人工記錄。但是工廠對于質量、產量、利用率、可靠性、更短的停車時間、能源效率，和符合新的環(huán)境法規(guī)的關注度越來越高，這就要求工廠的維護和運行模式不得不作出改變。設備的監(jiān)測要實現(xiàn)自動化，無線技術顯然是理想之選。
克服局限性
在現(xiàn)有工廠中添加硬接線的液位開關成本會很高，不但需要布線，還可能需要額外的線槽、系統(tǒng)輸入卡件和系統(tǒng)點數，而且安裝費時，在這種情況下，增加新測點的想法往往被束之高閣。無線液位開關恰好克服了這種硬接線的局限性，它的通訊采用IEC62591(WirelessHart)標準，這是目前無線技術應用于過程工業(yè)的唯一國際標準。使用無線液位開關無需接線和系統(tǒng) 卡件，而且調試更簡單，它的電源模塊是本安型的，可在危險場合換電池，如果每60秒刷新一次，電池壽命最高可達10年。
無線液位開關可與無線變送器(如壓力、溫度、pH、振動、電導率、液 位、閥位監(jiān)測等)共享一個網絡，所有的信息也可通過同一個網關進行傳遞， 一個網關最多可支持100臺基于IEC62591標準的儀表。一旦網關安裝完畢，就能根據需要任意擴展網絡，因此將液位開關安裝在以前沒有被控制系統(tǒng)監(jiān)測到的位置，可以有效提高操作和人員的安全性。能夠方便地添加和安裝新設備也是工廠將無線技術作為首選方案的原因之一。
因為IEC 62591 設備采用相同的協(xié)議，所以來自于不同廠商的設備或網關都可以進行無縫整合。這些設備自組織成一個網狀網絡，相互之間都能通訊，即使相隔很遠，也可通過接力的方式將信號傳遞到網關。其它無線拓撲結構，如星狀或點對點的結構都不適用于高密度的工廠環(huán)境，必須再投入高額的成本搭建主干路由器。
自組織網狀網絡不要求設備到網關之間存在直接的可視路徑，而且無需在工廠建立接入點網絡，也不需要在危險場合用電。設備可以自動尋找最佳通訊路徑，無線系統(tǒng)對信號的質量進行連續(xù)監(jiān)測，以確保網絡通訊能力強勁，數據可靠性達到99%以上。如果設備有增減，網絡會自動調整通訊路徑，而不會打斷數據的傳遞，也無需進行人工設置或重設。
正是因為有了這些技術，要在現(xiàn)有工廠增加液位開關以提高自動化程度就變得十分容易，例如，不必再派工作人員到現(xiàn)場拿著測量尺測量讀數，無線液位開關可每隔幾分鐘或幾秒鐘測量一次液位，而不是每天、每周或每個月測量一次，與人工記錄相比，自動測量的效率要高幾千倍，而且測量精度更高，無線液位開關還可用于機器裝置中的油液監(jiān)測。由于入門方便，小型的無線項目很容易就能實現(xiàn)。
工作原理
振動音叉液位開關根據音叉的原理工作。內置的壓電晶體使外部的音叉在一定共振頻率下振動，音叉的頻率根據被測介質而改變，液體的密度越高，頻率越低，音叉是否浸在被介質中也會產生不同的頻率，而這些頻率的變化都能夠監(jiān)測得到。
選擇短音叉的固有頻率一般為1400赫茲，以防止受到設備振動的干擾，這種干擾可能引起錯誤的開關動作。音叉的設計為使液體可快速從音叉末端滴落。
根據頻率還能夠知道音叉的狀況。與其它液位開關的技術不同，振動音叉無可移動部件，因此不容易出現(xiàn)故障。
監(jiān)測功能
智能振動音叉液位開關能夠監(jiān)測音叉沾連搭接，這種情況往往會造成傳統(tǒng)液位開關不工作而引發(fā)停產、溢流和泵損壞等嚴重后果。
來自于硬接線式浮筒液位開關的簡單開/關信號，無法判別是開關沾連還是高液位狀態(tài)，同樣它也無法判別是液位開關壞了還是信號無效，因此技術人員不得不定期去現(xiàn)場進行檢測和再確認，但結果往往是沒有出任何問題。
采用智能設備，根據音叉的頻率變化不僅能監(jiān)測液位的高低，而且可以發(fā)現(xiàn)音叉是否沾連搭接，以及音叉外部或是內部晶體是否損壞，音叉是否有腐蝕情況。
現(xiàn)場智能化讓技術人員前往現(xiàn)場憑直覺檢查成為過去，現(xiàn)在可以在中控制室對可疑問題進行遠程確認，并安排相應的故障排除和服務計劃。
操作界面
維護人員需要管理來自于不同廠商各種型號的智能設備，遠程設置對于變送器來說已有20多年的歷史，而對于液位開關來說還是較新的方式。
為了實施更方便，設備廠商采用EDDL(www.eddl.org)來定義設備在系統(tǒng)中顯示的方式，這一技術在變送器、定位器和開關量設備（液位開關、開關閥和電子執(zhí)行機構）等連續(xù)設備中廣泛使用。
采用EDDL使基于IEC62591的液位開關能夠和其它工廠設備一樣在同一個智能設備管理軟件中進行設置和訪問。液位開關的信息和無線壓力、溫度變送器以及其它過程參數并排顯示，它們的顯示方式和基金會現(xiàn)場總線以及Profibus設備也是一樣的。
顯示的一致性使工作更直觀，同時也便于技術人員將在其它設備上掌握的經驗運用于液位開關，而基于EDDL的系統(tǒng)也使管理不同廠商的不同設備變得更為容易，用戶不需要因為設備的不同而學習不同的軟件，從而減少工作的差錯。廠商說明書根據人性化原則以文 本格式通過EDDL文件顯示到系統(tǒng)中，即使是經驗不足的技術人員也能順利完成液位開關的設置。
例如，在設備信息頁面中，過程狀態(tài)清晰地顯示為“干”或是“濕”，同時還能看到設備的健康狀態(tài)，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)，并能及時采取相應措施。
音叉沾連能夠在初始階段就被發(fā)現(xiàn)，并在屏幕上標注出來進行預報，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，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，有效減少停機時間。維護人員也能將更多精力放在真正必要的清洗和維護工作上，而不是無謂地去檢查不需要清洗的音叉。
作為一個可以用來進行故障排除的輔助工具，它還能以指針表盤的形式動態(tài)顯示音叉的頻率變化，并用色帶區(qū)分正常和異常運行狀況。內置電源模塊的使用狀況也能夠顯示出來。EDDL技術是互操作的關鍵，它通過一個層級式的菜單結構訪問所有儀表的功能，在信息頁面中還可以查看到設備的照片，以便在現(xiàn)場識別。
來自于廠商的EDDL文件定義設備在系統(tǒng)中的顯示方式，不同于其它設備的集成技術，采用EDDL調試新的設備或新的設備版本不需要軟件安裝技術或權限管理。
每臺設備的不同版本都對應一個唯一的由廠商提供的EDDL文件，不存在共享文件，因此不會因為添加一臺新的設備而將另一臺設備的文件覆蓋掉。
EDDL是一個壓縮的文本文件，獨立于Windows 操作系統(tǒng)，它在系統(tǒng)管理的優(yōu)勢高于其它設備集成技術，現(xiàn)有的設備文件不會因為Windows的版本更新而過期，反之，新的設備文件也不會要求Windows作系統(tǒng)升級，它可以兼容新版本的windows操作系統(tǒng)和軟件，大大節(jié)省管理時間。
開關延遲可最大限度地減少因渦流或液體飛濺而發(fā)生的錯誤開關動作，例如攪拌機。在傳統(tǒng)的液位開關上設置延遲，必需要將表打開，并用螺絲刀調節(jié)分壓計，在現(xiàn)場進行這樣的操作很不方便，而且要將電子部件暴露在危險的環(huán)境中也不安全。
采用WirelessHart 振動音叉液位開關，可在中控室遠程做開關延遲等設置和調節(jié)，而無需前往現(xiàn)場。設備管理軟件通過EDDL技術維護單一的設備記錄審查報告，報告針對所有現(xiàn)場設備，也包括液位開關設置的變化。
更多收益
一旦使用了IEC62591網關，就能利用它的很多功能。例如可任意添加變送器持續(xù)改進過程性能，在有線方案無法實現(xiàn)監(jiān)測的地方逐步增加新的無線測量，其實就像一個個小型項目，能夠快速方便地實施。
由于接線成本過高，在現(xiàn)有工廠里有很多液位點并未實施監(jiān)測。數字工廠的核心 是利現(xiàn)場智能化提高工廠運行性能；利用無線技術在無需接線成本，不破壞工廠原有結構的情況下實現(xiàn)液位監(jiān)測。
因為有了EDDL技術，設備廠商就能夠本著人性化設計的原則開發(fā)軟件演示，指導操作人員進行工 廠智能設備的設置，即使設備來自于不同協(xié)議的不同廠商，設備的復雜程度不盡相同，也能輕松管理。
銜接新舊技術的橋梁
現(xiàn)代化的離散控制系統(tǒng)都能支持無線方案，但是老的控制系統(tǒng)也能通過無線網關使用無線液位開關或其它的IEC62591儀表，無線網關可將信號轉成Modbus/RTU, Modbus/TCP或OPC。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，因為無線網絡的設置是通過內置于網關中的網絡服務器完成的，設備的設置由智能設備管理軟件完成，無需為控制系統(tǒng)安裝額外的軟件來運行和保護網絡，相反工廠原來在用的HART組態(tài)工具，包括資產管理軟件和手操器等都繼續(xù)為無線網絡服務，一旦無線網絡建好后，可根據測量要求任意添加無線儀表，而不會影響已有的無線網絡。
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