无线技术 创所未有

分享到：

创新推动了无线技术的发展，成功的应用充分证明了无线技术的经济、可靠、安全和易用性

过去由于物理上和经济上的障碍，使得很多化工厂的信息很难或根本不可能获取，如今，可靠的无线通讯系统将这些障碍一扫而光。事实上，无线自动化技术致力于众多管理层所关注的问题，如连续过程改进、安全和环保等，无线技术使用方便、收益显著，它正在改变着整个工业的工作惯例。前所未有的过程和设备信息传输技术现在已经能够投入使用，无论工厂的控制系统有多老，都不成问题。

无线网络

无线技术将现场网络和工厂网络整合到一个完整的无线工厂结构中。（图1）

无线现场网络是一组能够测量一个或多个过程参数并将这些信息通过无线方式传递到网关或接收器的设备。各种无线现场仪表可用于温度、压力、流量、液位、pH值、振动、离散开关量、阀门位置的测量。

一般情况下，网关把来自于现场无线仪表的数据通过本地接口、Modbus、或类似的连接方式传递到控制系统，在这里无线、有线模拟量、基金会现场总线数据全部整合在一起。无线现场网络的2个重要特征是低功率无线电传输以及符合过程工业对时间性、可靠性、安全性和准确性的要求。低功率的特点适用于非充电电池运行的设备。

无线工厂网络采用符合IEEE802.11标准的Wi-Fi或更高带宽的网络技术与移动工作人员通讯，进行人员或移动设备的跟踪，以及完成移动视频。这些应用的实现皆归功于高带宽、无线设备的可充电功能以及数据传输的清晰度和安全性。

通常工厂网络采用工业级mesh IEEE802.11接入点，一种集中型网络和安全管理，包括对一系列无线局域网（WLAN）控制器的监督，这保证了无线功能的实现。这种共享网络提供了一个工厂内跨地域和功能分区的无线通信平台，能支持多种应用程序。

化工企业利用无线技术可从工厂级开始向下到现场级，也可以从现场级向上到工厂级。我们发现从现场级开始使用无线技术将获得更快的回报。本文着重讲述的就是现场级的应用。

无线现场网络的标准

信息技术委员会已对现行工厂网络标准和惯例进行了完善，但是范围更为广泛的无线委员会还不能提供一个严格的、经过测试的工业标准来应用于无线现场传感器网络。这一标准必须具有坚固的工业可靠性，而且现场设备和控制应用程序耗电要低，其通讯可靠性与有线方案相当。

WirelessHART就为用户提供了这种可信赖的无线现场网络仪表。这些仪表来自涉及广泛工业领域的HART通讯基金会成员公司，HART基金会于2007年9月通过了WirelessHART标准，而WirelessHART产品也已于2008下半年开始发货并在各化工厂安装使用。

无线现场网络崭露头角

由于无线仪表采用射频天线，无需接线，因此它具有低功率、可自带无线电收发器等特点，而且网络通讯能力安全可靠，电池使用寿命长。（图2）

无线设备与有线设备在工艺流程图（P&IDs）上的表示是一样的，对于操作人员来说数据的显示也是一样的，而无线系统的工程安装和调试则更简单。而且，接线图、线槽、接线柜、铠装电缆、桥架等全部都可以省掉，同时安装工作也可以降到最低。

建立无线网络所需规划工作更少，而且安装和启动更快。经济上的优势和简单的操作，是无线技术区别于传统自动化方案的独到之处，它让工程师拥有更为广阔的想像空间去完成过去无法完成的任务。


传统有线方案的安装成本一般为每英尺50到100美元，视工程量而定。无线设备可节省至少90%以上的安装成本，因此以前需要花费昂贵代价才能进行监测的工厂设备，如远程储罐、泵、手动阀、安全喷淋装置等，现在可以通过无线变送器将测量数据传递回控制室，以提高过程可靠性和安全性，同时提高资产的管理。

无线技术方便易用，只需极少的工程量，运行效率却显著提高了。那些需要操作人员和维护人员到现场收集数据和进行操作的工作和时间通过无线仪表自动数据采集可以大大减少。

无线技术的商业优势将推动其进一步发展。去年位于波士顿的著名调研咨询机构ARC公司发布了一份名为“用于过程制造业的无线技术”的5年分析预测报告，报告指出用于过程制造业的无线设备市场将以每年32%的速度增长，并于2012年达到11亿美元。

是否采用无线技术？

目前无线技术基本应用于以下2种情况，而第3个应用领域还刚刚起步。

必须在现有工厂内增加新的测量点。为了满足新发布的环境或安全法规，许多企业认为无线技术是最好最经济的解决方案。这些必须增加的新测点一般是储罐、泄压阀或安全喷淋装置，在这些地方安装无线仪表非常方便，而且安装完毕可以立即投入使用。

希望在现有工厂内增加测量点。这是适用无线技术的第2种情况：虽然希望获得数据但采用有线技术成本又太高。这也是目前无线技术应用最多的情况。工厂建成以后，一般不会再额外布线，在之后的工作当中，运行和过程管理人员可能会发现新的测量要求，以提高工厂的性能，但是安装新的有线测量点往往成本高昂，从经济角度来说，无线方案是最合适的。

“我们很希望能够监测这些设备，但是涉及的费用太高”大多数手动阀（也包括自动阀）目前都无法反馈它们的实际位置，不正确的阀门定位会引起严重的安全事故。

不常用的阀门由于接线成本高昂，一般并不对其进行常规监测，但是无线监测具有很大的吸引力，它的成本只占到有线方案的10%-20%。在化工厂中对阀门进行监测将很有可能成为最大的无线应用领域。

在新建厂中采用无线方案替代原来的有线方案。无线技术除了可用于监测之外，还可用于闭环回路控制，目前已在蒸汽汇集器和远程储罐上有所应用。只要是对数据刷新频率要求不是太高的情况都适合采用无线仪表。

无线仪表也能做到高频率数据刷新，但这样会很耗电。今后随着电池性能的不断提高，以及人们对于无线技术可靠度的信心不断增长，无线技术应用于控制领域也将逐渐得以普及。

当不可充电电池的性能提高了，人们在工厂中使用无线技术替代原来的有线设备进行关键点的监测就将成为可能。理想的状态是这样的：工厂只有少数几台与安全有关的仪表是通过有线方式连接的，其它的仪表全部采用无线方式。因此今后无线控制系统最有可能在改造和新建工厂中诞生。

无线技术的推广速度很大一部分取决于用户对无线技术可靠性的信任程度。有些人认为无线技术理所当然没有有线技术来得可靠，这并不正确。有线技术也有可能是不可靠的，尤其是在接地困难的情况下，这时无线则更为可靠。Canyons钢厂就是这样一个典型的例子，最初人们认为，移动物体如卡车或设备都会使无线系统产生问题，但是通过先进的自组织无线电频率网络的时间同步技术等，这些障碍都能得以克服。在全球大量的应用中，无线网络的可靠性达到了99%以上。