創(chuàng)新推動(dòng)了無線技術(shù)的發(fā)展，成功的應(yīng)用充分證明了無線技術(shù)的經(jīng)濟(jì)、可靠、安全和易用性

過去由于物理上和經(jīng)濟(jì)上的障礙，使得很多化工廠的信息很難或根本不可能獲取，如今，可靠的無線通訊系統(tǒng)將這些障礙一掃而光。事實(shí)上，無線自動(dòng)化技術(shù)致力于眾多管理層所關(guān)注的問題，如連續(xù)過程改進(jìn)、安全和環(huán)保等，無線技術(shù)使用方便、收益顯著，它正在改變著整個(gè)工業(yè)的工作慣例。前所未有的過程和設(shè)備信息傳輸技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)能夠投入使用，無論工廠的控制系統(tǒng)有多老，都不成問題。

無線網(wǎng)絡(luò)

無線技術(shù)將現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和工廠網(wǎng)絡(luò)整合到一個(gè)完整的無線工廠結(jié)構(gòu)中。（圖1）

無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)是一組能夠測量一個(gè)或多個(gè)過程參數(shù)并將這些信息通過無線方式傳遞到網(wǎng)關(guān)或接收器的設(shè)備。各種無線現(xiàn)場儀表可用于溫度、壓力、流量、液位、pH值、振動(dòng)、離散開關(guān)量、閥門位置的測量。

一般情況下，網(wǎng)關(guān)把來自于現(xiàn)場無線儀表的數(shù)據(jù)通過本地接口、Modbus、或類似的連接方式傳遞到控制系統(tǒng)，在這里無線、有線模擬量、基金會現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)全部整合在一起。無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的2個(gè)重要特征是低功率無線電傳輸以及符合過程工業(yè)對時(shí)間性、可靠性、安全性和準(zhǔn)確性的要求。低功率的特點(diǎn)適用于非充電電池運(yùn)行的設(shè)備。

無線工廠網(wǎng)絡(luò)采用符合IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的Wi-Fi或更高帶寬的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與移動(dòng)工作人員通訊，進(jìn)行人員或移動(dòng)設(shè)備的跟蹤，以及完成移動(dòng)視頻。這些應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)皆歸功于高帶寬、無線設(shè)備的可充電功能以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)那逦群桶踩浴?

通常工廠網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)級mesh IEEE802.11接入點(diǎn)，一種集中型網(wǎng)絡(luò)和安全管理，包括對一系列無線局域網(wǎng)（WLAN）控制器的監(jiān)督，這保證了無線功能的實(shí)現(xiàn)。這種共享網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)工廠內(nèi)跨地域和功能分區(qū)的無線通信平臺，能支持多種應(yīng)用程序。

化工企業(yè)利用無線技術(shù)可從工廠級開始向下到現(xiàn)場級，也可以從現(xiàn)場級向上到工廠級。我們發(fā)現(xiàn)從現(xiàn)場級開始使用無線技術(shù)將獲得更快的回報(bào)。本文著重講述的就是現(xiàn)場級的應(yīng)用。

無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)

信息技術(shù)委員會已對現(xiàn)行工廠網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和慣例進(jìn)行了完善，但是范圍更為廣泛的無線委員會還不能提供一個(gè)嚴(yán)格的、經(jīng)過測試的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來應(yīng)用于無線現(xiàn)場傳感器網(wǎng)絡(luò)。這一標(biāo)準(zhǔn)必須具有堅(jiān)固的工業(yè)可靠性，而且現(xiàn)場設(shè)備和控制應(yīng)用程序耗電要低，其通訊可靠性與有線方案相當(dāng)。

WirelessHART就為用戶提供了這種可信賴的無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)儀表。這些儀表來自涉及廣泛工業(yè)領(lǐng)域的HART通訊基金會成員公司，HART基金會于2007年9月通過了WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)，而WirelessHART產(chǎn)品也已于2008下半年開始發(fā)貨并在各化工廠安裝使用。

無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)嶄露頭角

由于無線儀表采用射頻天線，無需接線，因此它具有低功率、可自帶無線電收發(fā)器等特點(diǎn)，而且網(wǎng)絡(luò)通訊能力安全可靠，電池使用壽命長。（圖2）

無線設(shè)備與有線設(shè)備在工藝流程圖（P&IDs）上的表示是一樣的，對于操作人員來說數(shù)據(jù)的顯示也是一樣的，而無線系統(tǒng)的工程安裝和調(diào)試則更簡單。而且，接線圖、線槽、接線柜、鎧裝電纜、橋架等全部都可以省掉，同時(shí)安裝工作也可以降到最低。

建立無線網(wǎng)絡(luò)所需規(guī)劃工作更少，而且安裝和啟動(dòng)更快。經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢和簡單的操作，是無線技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)自動(dòng)化方案的獨(dú)到之處，它讓工程師擁有更為廣闊的想像空間去完成過去無法完成的任務(wù)。


傳統(tǒng)有線方案的安裝成本一般為每英尺50到100美元，視工程量而定。無線設(shè)備可節(jié)省至少90%以上的安裝成本，因此以前需要花費(fèi)昂貴代價(jià)才能進(jìn)行監(jiān)測的工廠設(shè)備，如遠(yuǎn)程儲罐、泵、手動(dòng)閥、安全噴淋裝置等，現(xiàn)在可以通過無線變送器將測量數(shù)據(jù)傳遞回控制室，以提高過程可靠性和安全性，同時(shí)提高資產(chǎn)的管理。

無線技術(shù)方便易用，只需極少的工程量，運(yùn)行效率卻顯著提高了。那些需要操作人員和維護(hù)人員到現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)和進(jìn)行操作的工作和時(shí)間通過無線儀表自動(dòng)數(shù)據(jù)采集可以大大減少。

無線技術(shù)的商業(yè)優(yōu)勢將推動(dòng)其進(jìn)一步發(fā)展。去年位于波士頓的著名調(diào)研咨詢機(jī)構(gòu)ARC公司發(fā)布了一份名為“用于過程制造業(yè)的無線技術(shù)”的5年分析預(yù)測報(bào)告，報(bào)告指出用于過程制造業(yè)的無線設(shè)備市場將以每年32%的速度增長，并于2012年達(dá)到11億美元。

是否采用無線技術(shù)？

目前無線技術(shù)基本應(yīng)用于以下2種情況，而第3個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域還剛剛起步。

必須在現(xiàn)有工廠內(nèi)增加新的測量點(diǎn)。為了滿足新發(fā)布的環(huán)境或安全法規(guī)，許多企業(yè)認(rèn)為無線技術(shù)是最好最經(jīng)濟(jì)的解決方案。這些必須增加的新測點(diǎn)一般是儲罐、泄壓閥或安全噴淋裝置，在這些地方安裝無線儀表非常方便，而且安裝完畢可以立即投入使用。

希望在現(xiàn)有工廠內(nèi)增加測量點(diǎn)。這是適用無線技術(shù)的第2種情況：雖然希望獲得數(shù)據(jù)但采用有線技術(shù)成本又太高。這也是目前無線技術(shù)應(yīng)用最多的情況。工廠建成以后，一般不會再額外布線，在之后的工作當(dāng)中，運(yùn)行和過程管理人員可能會發(fā)現(xiàn)新的測量要求，以提高工廠的性能，但是安裝新的有線測量點(diǎn)往往成本高昂，從經(jīng)濟(jì)角度來說，無線方案是最合適的。

“我們很希望能夠監(jiān)測這些設(shè)備，但是涉及的費(fèi)用太高”大多數(shù)手動(dòng)閥（也包括自動(dòng)閥）目前都無法反饋它們的實(shí)際位置，不正確的閥門定位會引起嚴(yán)重的安全事故。

不常用的閥門由于接線成本高昂，一般并不對其進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，但是無線監(jiān)測具有很大的吸引力，它的成本只占到有線方案的10%-20%。在化工廠中對閥門進(jìn)行監(jiān)測將很有可能成為最大的無線應(yīng)用領(lǐng)域。

在新建廠中采用無線方案替代原來的有線方案。無線技術(shù)除了可用于監(jiān)測之外，還可用于閉環(huán)回路控制，目前已在蒸汽匯集器和遠(yuǎn)程儲罐上有所應(yīng)用。只要是對數(shù)據(jù)刷新頻率要求不是太高的情況都適合采用無線儀表。

無線儀表也能做到高頻率數(shù)據(jù)刷新，但這樣會很耗電。今后隨著電池性能的不斷提高，以及人們對于無線技術(shù)可靠度的信心不斷增長，無線技術(shù)應(yīng)用于控制領(lǐng)域也將逐漸得以普及。

當(dāng)不可充電電池的性能提高了，人們在工廠中使用無線技術(shù)替代原來的有線設(shè)備進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)測就將成為可能。理想的狀態(tài)是這樣的：工廠只有少數(shù)幾臺與安全有關(guān)的儀表是通過有線方式連接的，其它的儀表全部采用無線方式。因此今后無線控制系統(tǒng)最有可能在改造和新建工廠中誕生。

無線技術(shù)的推廣速度很大一部分取決于用戶對無線技術(shù)可靠性的信任程度。有些人認(rèn)為無線技術(shù)理所當(dāng)然沒有有線技術(shù)來得可靠，這并不正確。有線技術(shù)也有可能是不可靠的，尤其是在接地困難的情況下，這時(shí)無線則更為可靠。Canyons鋼廠就是這樣一個(gè)典型的例子，最初人們認(rèn)為，移動(dòng)物體如卡車或設(shè)備都會使無線系統(tǒng)產(chǎn)生問題，但是通過先進(jìn)的自組織無線電頻率網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步技術(shù)等，這些障礙都能得以克服。在全球大量的應(yīng)用中，無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性達(dá)到了99%以上。