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    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。事實上，無線自動化技術(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或多個過程參數(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、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個重要特征是低功率無線電傳輸以及符合過程工業(yè)對時間性、可靠性、安全性和準(zhǔn)確性的要求。低功率的特點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)與移動工作人員通訊，進(jìn)行人員或移動設(shè)備的跟蹤，以及完成移動視頻。這些應(yīng)用的實現(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?/P>

    通常工廠網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)級mesh IEEE802.11接入點，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現(xiàn)。這種共享網(wǎng)絡(luò)提供了一個工廠內(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。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，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)自動化方案的獨到之處，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)。　  

  圖1、無線工廠結(jié)構(gòu)集成了現(xiàn)場和工廠的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。過程和設(shè)備通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)中的WirelessHART設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測；移動操作、人員和設(shè)備跟蹤、實時影像則通過Wi-Fi由工廠級網(wǎng)絡(luò)行使。

圖2、無線變送器通過射頻天線傳遞信號，而電源線則被具有超長使用壽命的內(nèi)置電池所代替。

    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，因此以前需要花費昂貴代價才能進(jìn)行監(jiān)測的工廠設(shè)備，如遠(yuǎn)程儲罐、泵、手動閥、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)行操作的工作和時間通過無線儀表自動數(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)測報告，報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。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。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，但是涉及的費用太高”大多數(shù)手動閥（也包括自動閥）目前都無法反饋它們的實際位置，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，這時無線則更為可靠。Canyons鋼廠就是這樣一個典型的例子，最初人們認(rèn)為，移動物體如卡車或設(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。

　　WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)

　　WirelessHART作為應(yīng)用于過程現(xiàn)場傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，是具有充分理由的。WirelessHART采用信道跳頻和點到點加密的自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實現(xiàn)安全可靠的通訊，適用于低功率的過程應(yīng)用及控制。

　　采用WirelessHART對于最終用戶來說沒有什么障礙，因為它可以向后與2600萬臺已安裝使用的HART儀表兼容，同時它又可與現(xiàn)有的工程、資產(chǎn)管理和主機(jī)系統(tǒng)（DCC、PLC等）集成。這樣，用戶在組態(tài)和操作WirelessHART設(shè)備時，所看到的界面與有線儀表就沒有什么差別了，而且由于無線設(shè)備能夠傳遞額外的信息，是對有線設(shè)備的有效補(bǔ)充和擴(kuò)展，這點對于人們更快更方便地采訥無線技術(shù)來說是非常重要的。

　　WirelessHART是目前唯一獲得正規(guī)標(biāo)準(zhǔn)委員會認(rèn)可的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它基于全球通用的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4，并且獲得了210家HART通訊基金會成員公司的認(rèn)可，最近國際電工委員會還批準(zhǔn)WirelessHART為公共可用規(guī)范（PAS）。美國自動化協(xié)會（ISA）也成立了委員會專門研究用于過程工業(yè)的無線標(biāo)準(zhǔn)，包括無線規(guī)范ISA100.11a和更新的針對過程工業(yè)的WirelessHART 規(guī)范ISA100.12。

    無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

    化工行業(yè)對于無線儀表的興趣體現(xiàn)在有越來越多的人索取相關(guān)的技術(shù)資料，而90%的需求都是針對現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的。除了之前提到過的手動閥位置監(jiān)測應(yīng)用以外，還有以下成功案例可供參考。

    熱交換器一般都是任其運(yùn)行，直到結(jié)圬停運(yùn)，當(dāng)然這就會影響運(yùn)行效果，而即使是在比較新的工廠里也很少會安裝儀表對其進(jìn)行監(jiān)測。無線監(jiān)測設(shè)備能夠提前通知工廠人員熱交換器需要在下次計劃停車時進(jìn)行清洗。

    歐洲一家知名過程企業(yè)制定了一套設(shè)備健康狀態(tài)系統(tǒng)來改進(jìn)熱交換器的維護(hù)工作。該公司一位工程師指出：“對熱交換器的無線監(jiān)測使我們能夠確定哪臺設(shè)備結(jié)圬最嚴(yán)重需要清洗，這要比進(jìn)行常規(guī)的計劃清洗更節(jié)省成本，從而使維護(hù)工作的投入產(chǎn)出率更高。”

     過濾器也一樣時常被使用到結(jié)圬為止，事實上，通過對重要的過濾系統(tǒng)進(jìn)行無線監(jiān)測，可以大大改進(jìn)過濾器的性能，同時降低能耗。

    歐洲一家聚乙烯制造商在其位于科隆的工廠中采用無線設(shè)備監(jiān)測過濾器的堵塞，以防止生產(chǎn)中斷（圖3）。生產(chǎn)出來的聚乙烯顆粒通過氣動傳輸系統(tǒng)被送到存儲筒內(nèi)，進(jìn)入的空氣需要經(jīng)過過濾防止產(chǎn)品受到污染。一旦過濾器堵塞，就將完全失去過濾效力，而最終產(chǎn)品的質(zhì)量也會因此下降。過濾器安裝的位置一般都很難到達(dá)，采用無線差壓變送器可以幫助維護(hù)人員方便地確定需要清洗或更換的過濾器，從而減少生產(chǎn)的中斷。

    儲罐會面臨較為特殊的測量問題，尤其是一個遠(yuǎn)程罐區(qū)內(nèi)有幾十個儲罐需要測量液位、溫度和壓力的情況，由于遠(yuǎn)距離敷設(shè)地下電纜成本過高，所以很少在罐區(qū)內(nèi)安裝儀表。無線網(wǎng)絡(luò)顯然是一個理想的方案。

    在一家磷肥廠中，自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)精確地將來自于250英尺外反應(yīng)罐上的16臺壓力及溫度測量點的讀數(shù)以每分鐘一次的更新頻率傳遞到中控室（圖4）。遠(yuǎn)程儲罐高40英尺，內(nèi)部有4層不同的反應(yīng)床與不同的過程化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。僅管這并不屬于危險區(qū)域，但是儲罐的分布和距離會使布線非常困難而且成本很高。工廠的DCS專家說：“自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在這項應(yīng)用中起到了決定性的作用， 我們已經(jīng)計劃增加更多的設(shè)備來搭建無線網(wǎng)絡(luò)。”

    泵和電機(jī)的健康狀況需要經(jīng)常進(jìn)行檢測，以免軸承故障導(dǎo)致重要的泵或電機(jī)停機(jī)，最糟糕的是還可能引起過程停運(yùn)，這時損失可就大了。無線振動監(jiān)測變送器可對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，并將測量數(shù)據(jù)傳送到分析軟件，預(yù)先發(fā)現(xiàn)和確定問題所在，以在適當(dāng)?shù)臅r候安排維護(hù)工作。

    有些場所并不適合工作人員拿著手持儀表采集設(shè)備振動數(shù)據(jù)，于是人們想到了自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。解決方案就是無線振動變送器加一臺智能網(wǎng)關(guān)——工程只需幾天，而且可以連續(xù)提供精確的振動數(shù)據(jù)，工作人員現(xiàn)在不必再去危險場所采集數(shù)據(jù)了。

    監(jiān)測諸如撬座、泵、壓縮機(jī)、手提式試驗或測試設(shè)備等移動設(shè)備時，是不可能用傳統(tǒng)的有線方案來完成的。無線設(shè)備可用于監(jiān)測各種移動變量，甚至是從一個地方移動到另一個地方。

    一家全球?qū)I(yè)的化學(xué)品制造公司需要測量鐵路槽車的溫度，這個問題通過無線方案輕易地得以解決，他們在每一節(jié)鐵路槽車上安裝一臺無線溫度變送器，無論鐵路槽車開往工廠任何地方，溫度數(shù)據(jù)都能源源不斷地向中控系統(tǒng)發(fā)送，操作人員可以據(jù)此查覺任何不正常的升溫。由于操作人員不必再定期爬到槽車頂部測量和記錄內(nèi)部溫度，該公司因此每年可以節(jié)省15000美元。

    根據(jù)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，從江河里抽上來的水重新排放回去時溫度應(yīng)不高于原水溫2度，而且法規(guī)還經(jīng)常規(guī)定要連續(xù)記錄進(jìn)水口和出水口的溫度。

    歐洲一家醋酸廠采用無線溫度變送器遠(yuǎn)程監(jiān)測水溫（圖5），以節(jié)省地下敷設(shè)電纜的安裝費用。公司一名發(fā)言人說道：“無線技術(shù)的安裝和集成都很方便，而且網(wǎng)絡(luò)可靠性達(dá)到100%”

    旋轉(zhuǎn)設(shè)備和渦輪機(jī)的監(jiān)測通常是由操作人員定期拿著手提式振動數(shù)據(jù)采集器完成的。無線分析變送器可連續(xù)監(jiān)測渦輪、發(fā)電裝置、往復(fù)式發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)以及其它電機(jī)驅(qū)動設(shè)備，如發(fā)現(xiàn)可疑問題，技術(shù)人員就可以在故障發(fā)生前解決問題。

    一家特種化學(xué)品廠安裝了大量無線壓力、溫度和振動儀表用于監(jiān)測，以節(jié)省成本。該無線網(wǎng)絡(luò)包括幾臺用來監(jiān)測鹽水離心機(jī)的無線振動變送器，這是以前所無法實現(xiàn)的。例如，潤滑油不足會引起軸承的嚴(yán)重磨損，現(xiàn)在根據(jù)振動數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)潤滑油的不足，完全做到防患于未然。

圖5. 醋酸廠通過無線變送器監(jiān)測排水溫度，以滿足環(huán)境法規(guī)

    通過有線設(shè)備測量旋轉(zhuǎn)過程設(shè)備內(nèi)部尤其困難。在澳大利亞的一家化工公司中，安裝在旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器上的有線儀表環(huán)滑式密封圈泄漏，使?jié)駳膺M(jìn)入儀表，造成儀表讀數(shù)不精確。

    在移動設(shè)備上安裝無線壓力和溫度變送器后，測量數(shù)據(jù)的可靠性提高了，曾經(jīng)頻繁出現(xiàn)的返應(yīng)器停車以及因此而引起的停工損失一去不復(fù)返了。

    電伴熱用來調(diào)整管道和過程容器的內(nèi)部溫度，但是在長距離的管道上安裝有線監(jiān)測設(shè)備費用相當(dāng)昂貴。澳大利亞的一家工廠把瀝青從船上通過一根管道卸載下來，為了保證管道內(nèi)的瀝青能夠通暢地流動，必須使管道的溫度保持在160度。如果有任何一段伴熱器出現(xiàn)故障，管道內(nèi)就會產(chǎn)生冷點，使瀝青凝固最后堵塞管道，更糟糕的是如果因此而延誤卸貨，使船停靠碼頭超過預(yù)期時間，那么每天所需支付的逾期費用將高達(dá)3萬美元。為此用戶在3000英尺（900米）長，直徑8英寸（20厘米）的管道上安裝了8臺無線溫度變送器，以每分鐘一次的頻率將測量信息傳送至陸上網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳遞到資產(chǎn)管理軟件，進(jìn)行儀表組態(tài)和性能監(jiān)測。所收集到的數(shù)據(jù)同時還通過光纖傳輸?shù)浇K端控制中心的SCADA系統(tǒng)中，以使操作人員可以隨時了解伴熱管線的狀態(tài)。

    無線方案可方便地用于一些臨時測點，這樣在系統(tǒng)開車或檢修時，系統(tǒng)集成商以及最終用戶就可以在過程中任何地點臨時安裝變送器進(jìn)行一些特定的檢查。

    新加坡的一名焚化經(jīng)理表示在檢測故障的時候，將無線壓力變送器從一個地方挪到另一個地方，操作相當(dāng)簡便。“只需5分鐘，我就能查出故障并很快把無線變送器放回原處。無線技術(shù)的自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有很大的靈活性，為檢測和排除故障以及開發(fā)新的無線應(yīng)用領(lǐng)域提供了便利。”

    無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的實施

    全數(shù)字化的WirelessHART通訊協(xié)議可支持任何工業(yè)儀表的應(yīng)用，無論是控制還是監(jiān)測功能，就和現(xiàn)在的HART產(chǎn)品是完全一樣的。

    網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為信息提供了多種選擇路徑通向網(wǎng)關(guān)，自組織網(wǎng)絡(luò)則可以根據(jù)影響無線電信號傳播的各種外界干擾進(jìn)行自我調(diào)整，比如設(shè)備啟動或停止；卡車經(jīng)過；或其它的無線電干擾以及雷電情況。

    信號可選擇任何一條路徑到達(dá)網(wǎng)關(guān)，而并不局限于目視距離路徑。因此無需事先對現(xiàn)場進(jìn)行無線電頻率的調(diào)研。

    WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)的制定已經(jīng)考慮到了頻繁的外界變化。因為環(huán)境的變化是動態(tài)的，技術(shù)人員不可能也沒時間和能力對動態(tài)的變化一一響應(yīng)，所以無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠自動的影響和組織。這與目前通用的HART協(xié)議采集和利用信息的方式是相一致的。對于現(xiàn)有的可支持HART設(shè)備的控制系統(tǒng)，同樣也可以方便地兼容WirelessHART.

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)計規(guī)范

　　雖然自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)并不要求現(xiàn)場調(diào)研，但是必要的規(guī)劃可以使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更有效，更可靠。

　　WirelessHART網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計要領(lǐng)如下：

    首先計劃在一個過程單元或區(qū)域采用無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，并獲得該地區(qū)的比例圖。讓我們先從設(shè)備圖開始，根據(jù)下例條件在比例圖上標(biāo)出所需安裝的無線儀表。

    在沒有障礙的情況下，無線設(shè)備的最大有效信號傳遞距離是750英尺（230米）。

    在一般建筑物內(nèi)，無線設(shè)備的最大有效信號傳遞距離是250英尺（75米）。

    在厚實的建筑物內(nèi)，無線設(shè)備的最大有效信號傳遞距離是100英尺（30米）。

    當(dāng)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的無線設(shè)備能夠和其它相鄰的3臺設(shè)備進(jìn)行通訊時，網(wǎng)絡(luò)的性能是最好的。無線設(shè)備之間的距離取決于周圍的環(huán)境，但基本都在上述所列范圍內(nèi)，這樣可以確保在網(wǎng)絡(luò)搭建好后至少有2條通訊路徑。如果在設(shè)計過程中沒有做到讓1臺無線設(shè)備與其它3臺無線儀表通訊，那么就需要增加無線儀表或轉(zhuǎn)發(fā)器來加強(qiáng)通訊。

    在多數(shù)情況下對于通訊路徑并不要求有目視距離，但是如果有高大的建筑物擋住了無線儀表的通訊路徑或阻隔了一群無線儀表，那么最好再額外增加一個網(wǎng)關(guān)，以連接建筑物兩面的通訊。

    如果無線設(shè)備安裝在封閉區(qū)域，例如設(shè)備室內(nèi)，就需要在室外再加裝一個天線或轉(zhuǎn)發(fā)器。

    整合無線網(wǎng)絡(luò)

    無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與工廠網(wǎng)絡(luò)的整合可以使商務(wù)應(yīng)用和過程應(yīng)用更方便，功能更強(qiáng)大，工作人員監(jiān)測工廠運(yùn)行和環(huán)境的能力也將大大提高。有用數(shù)據(jù)的傳輸在現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)采用WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)，工廠級網(wǎng)絡(luò)采用Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)。

    新的基于網(wǎng)絡(luò)的以服務(wù)為導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)使得企業(yè)管理層與工廠層的通訊變得前所未有的簡單，這時企業(yè)的軟件結(jié)構(gòu)也將得到很大的改進(jìn)。例如，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的性能監(jiān)測信息應(yīng)用于企業(yè)優(yōu)化軟件；罐區(qū)液位監(jiān)測信息應(yīng)用于庫存管理軟件；或是關(guān)鍵設(shè)備的診斷信息直接應(yīng)用于計算機(jī)維護(hù)管理系統(tǒng)。

    就像在兩個截然不同的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行信息傳遞一樣，將無線技術(shù)集成到主機(jī)控制系統(tǒng)或信息系統(tǒng)中需要通過網(wǎng)關(guān)翻譯信號，例如，從WirelessHART到以太網(wǎng)。

    在把無線網(wǎng)絡(luò)加入到現(xiàn)有過程單元中的時候，主機(jī)系統(tǒng)的接口要求中會特別指出所需的網(wǎng)關(guān)接口。無線網(wǎng)關(guān)可與范圍廣泛的主機(jī)系統(tǒng)、PLC、過程歷史數(shù)據(jù)庫以及其它控制系統(tǒng)（圖6）和協(xié)議（表1）兼容。還可以在原有過程裝置中的現(xiàn)場儀表上安裝無線適配器，采集以前無法從主控系統(tǒng)獲得的診斷和測量數(shù)據(jù)。

    原生化。整合無線方案的最佳狀態(tài)是主機(jī)系統(tǒng)本身就支持無線設(shè)備，如圖1所述。事實上，對于用戶來說，無論是有線儀表還是無線儀表在主機(jī)系統(tǒng)上的顯示是一樣的，無需特殊軟件和專門的通訊知識。

    最新版本的系統(tǒng)都帶有無線網(wǎng)關(guān)的本地接口，先進(jìn)的無線網(wǎng)關(guān)可以自動進(jìn)行感應(yīng)和組態(tài)，使網(wǎng)絡(luò)的開車和調(diào)試又快又方便。此外，來自于HART和 WirelessHART設(shè)備的預(yù)警信息可通過無線網(wǎng)關(guān)直接供預(yù)測維護(hù)軟件使用，無需再另外搭建網(wǎng)絡(luò)。

圖6.現(xiàn)有的過程裝置可采用各種主機(jī)通訊協(xié)議實現(xiàn)無線技術(shù)，或是通過無線適配器將有線設(shè)備變?yōu)闊o線設(shè)備。

    串口限制。如果網(wǎng)絡(luò)中采用串口Modbus ，如圖6所示，主機(jī)系統(tǒng)必須具有足夠的連接數(shù)量。為了實現(xiàn)對過程變量和設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測，每個數(shù)據(jù)點都需要多個Modbus寄存器。由于協(xié)議本身在DCS系統(tǒng)中的局限性，無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，也不能對訪問權(quán)限進(jìn)行管理，因此在串口系統(tǒng)中，安全措施僅限于物理隔離。

    以太網(wǎng)選項。如果主機(jī)應(yīng)用程序需要通過Modbus TCP、OPC或HTML連接，那么就要用到有線或無線以太網(wǎng)。以太網(wǎng)通訊不像串口系統(tǒng)有那么多的限制條件，但是在安裝時需要獲得企業(yè)IT人員的幫助，以確定接入點，讓網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)的防火墻，并提供網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程訪問。以太網(wǎng)能確保網(wǎng)關(guān)的安全管理，就像IT網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備一樣。

    無線以太網(wǎng)能夠為設(shè)備診斷信息和測量數(shù)據(jù)的傳遞提供足夠的帶寬，除了需要電源，網(wǎng)關(guān)在安裝方面沒有其它特殊要求，因此它可以安裝在設(shè)備范圍和主機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何地方，如有需要，網(wǎng)關(guān)也可以任意移動。

　　開始實施

　　利用工廠現(xiàn)有的設(shè)備和控制系統(tǒng)搭建無線網(wǎng)絡(luò)是非常簡單的。許多工廠從包括幾臺儀表和1臺網(wǎng)

　　關(guān)的小型無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)起步。建立第1個無線測點當(dāng)然會是最貴的，因為即使只使用1臺無線變送器，也同樣需要網(wǎng)關(guān)、計算機(jī)、軟件等設(shè)施，但是一旦這個網(wǎng)絡(luò)建立起來以后，每增加一臺變送器所需要的成本也基本只限于儀表本身的成本了，1個網(wǎng)關(guān)可支持100臺變送器。當(dāng)然如果規(guī)模更大，也可以增加更多的網(wǎng)關(guān)。

　　通過無線的監(jiān)測功能來測試和評估無線技術(shù)幾乎沒有風(fēng)險，用戶可以從并不昂貴的無線啟動包開始，逐步推廣到工程、運(yùn)行和維護(hù)部門，無線技術(shù)可以提高設(shè)備可靠性、減少工廠停車時間、改進(jìn)過程控制，并創(chuàng)造更安全的工作環(huán)境。

　　當(dāng)?shù)?個無線網(wǎng)絡(luò)開始發(fā)揮作用以后，運(yùn)行和維護(hù)人員還將發(fā)現(xiàn)其它采集額外過程數(shù)據(jù)和監(jiān)測資產(chǎn)的應(yīng)用。

　　如前所述，有線和無線網(wǎng)絡(luò)可以方便地集成到同一個規(guī)模可變的結(jié)構(gòu)中，通過無線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)的范圍擴(kuò)展到了以前從經(jīng)濟(jì)或?qū)嶋H操作上都無法啟及的領(lǐng)域。由于無線技術(shù)完全基于開放的標(biāo)準(zhǔn)，因此系統(tǒng)設(shè)計人員可以從范圍廣泛的無線方案中進(jìn)行設(shè)備和技術(shù)的挑選，而不必受專有技術(shù)和供應(yīng)商的束縛。

　　表1. 集成無線技術(shù)的主要協(xié)議

    從有線到有線和無線并存的演變，預(yù)示著無線技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的強(qiáng)大潛力。企業(yè)的技術(shù)部門以及IT部門和過程自動化人員都在共同協(xié)作研究和實施新的運(yùn)行技術(shù)，以提高產(chǎn)量，同時提高安全性和環(huán)境保護(hù)能力。除了工廠的升級改造，在新建工廠中也有可能采用無線技術(shù)替代有線儀表。

　　通往無線天地的大門向開發(fā)無線新產(chǎn)品的廠商以及開發(fā)無線新應(yīng)用的用戶敞開，它能為工業(yè)過程帶來更高的價值而無需為它的支撐技術(shù)擔(dān)憂，就像英特網(wǎng)的誕生，衍生出了許多以前難以想像的創(chuàng)新應(yīng)用。與此類似，應(yīng)用于工業(yè)過程自動化的無線技術(shù)正處于一個變改的全盛時期。

　　自組織WirelessHARTM網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的高度可靠和高性能，以及它的顯著經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，讓我們相信WirelessHART技術(shù)在未來5年內(nèi)可以占到新建工廠的20%。