無線技術(shù)對于過程工業(yè)中的某些領(lǐng)域來說并不是新事物，例如帶GSM/GPRS模塊的遠(yuǎn)程測控終端將監(jiān)控的數(shù)據(jù)以短信息方式，通過電信部門提供的短信業(yè)務(wù)定時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到控制中心，再如無線數(shù)傳電臺通過無線電波來傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)都利用了無線技術(shù)，還有WIFI、藍(lán)牙、Zigbee等等。
010年4月12日國際電工委員會(IEC)全票表決通過無線HART技術(shù)(Wireless HART)成為工業(yè)過程測量和控制領(lǐng)域的首個無線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62591。這一新標(biāo)準(zhǔn)由包括艾默生過程管理公司、ABB、E+H、MACTek、P+F和西門子在內(nèi)超過200家會員的大型過程控制廠商，在非營利機(jī)構(gòu)HART通訊基金會的框架下開發(fā)完成。2010年7月25日消息歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)已經(jīng)批準(zhǔn)WirelessHART規(guī)范成為一個歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)(EN 62591)，而在這之前，德國測量與控制標(biāo)準(zhǔn)委員會(NAMUR)提交的報(bào)告也表示其對WirelessHART技術(shù)能夠符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在過程工業(yè)中的應(yīng)用要求表示肯定。
用戶越來越多地將無線產(chǎn)品用到了采用有線技術(shù)過于昂貴或者不可行的場合，比如監(jiān)視行進(jìn)中軌道機(jī)車的溫度、或者遠(yuǎn)程離岸石油平臺的井口壓力，以及能夠改進(jìn)生產(chǎn)過程安全性的腐蝕和振動檢測類應(yīng)用。
IEC 62591標(biāo)準(zhǔn)以廣泛應(yīng)用于配置和集成設(shè)備到自動化系統(tǒng)的HART通信協(xié)議為基礎(chǔ)，使得那些希望將WirelessHART產(chǎn)品加入到現(xiàn)有系統(tǒng)的用戶，依然能夠采用熟悉的工具和培訓(xùn)方法來管理新的無線產(chǎn)品。
WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)是專門為控制和監(jiān)測應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。符合WirelessHART 標(biāo)準(zhǔn)的智能無線設(shè)備通過自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)傳遞的可靠性達(dá)到99.9%(在昆明召開的“艾默生智能無線體驗(yàn)之旅”技術(shù)交流會介紹的是99.99%)，確保數(shù)據(jù)在傳遞過程中不會丟失。這是無線技術(shù)應(yīng)用于控制和關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)的先決條件。只有符合WirelessHART規(guī)范的設(shè)備才能做到每秒刷新一次測量數(shù)據(jù)。當(dāng)然WirelessHART還可以提供異常報(bào)告，以提高網(wǎng)絡(luò)的效率；或是只有當(dāng)測量數(shù)據(jù)發(fā)生重大變化以及設(shè)備休眠超過設(shè)定的報(bào)告時(shí)間時(shí)才開啟儀表的通訊，以延長電池的使用壽命。
WirelessHART介紹
①WirelessHART系統(tǒng)構(gòu)成
圖1 WirelessHART系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
圖1是以現(xiàn)階段艾默生WirelessHART系統(tǒng)構(gòu)成示意圖：無線現(xiàn)場設(shè)備、帶WirelessHART智能無線適配器的普通HART設(shè)備由智能無線網(wǎng)關(guān)通過用戶選用的通訊協(xié)議(Modbus、TCP/IP、OPC、以太網(wǎng)等)將現(xiàn)場設(shè)備的信息傳送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。由圖1可見，WirelessHART系統(tǒng)通常由以下設(shè)備構(gòu)成：無線現(xiàn)場設(shè)備、WirelessHART智能無線適配器、智能無線網(wǎng)關(guān)。
②無線現(xiàn)場設(shè)備
以現(xiàn)階段艾默生公司推出的無線現(xiàn)場設(shè)備的品種有(見圖2)：無線壓力變送器和溫度變送器、無線分析變送器、無線閥門位置變送器、機(jī)械健康狀態(tài)變送器、無線開關(guān)量變送器
圖2 無線現(xiàn)場設(shè)備
③WirelessHART智能無線適配器
WirelessHART 適配器(見圖3)可應(yīng)用于任何2線或4線的、無特殊電源要求的HART設(shè)備，實(shí)現(xiàn)測量和診斷信息的無線傳輸。他可以用于任何2線或4線的、無特殊電源要求的HART設(shè)備，實(shí)現(xiàn)測量和診斷信息的無線傳輸。
圖3 WirelessHART智能無線適配器
通過WirelessHART智能無線適配器，用戶可以方便、經(jīng)濟(jì)有效地將任何一個HART設(shè)備轉(zhuǎn)換為無線設(shè)備，以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，如儲罐液位、雷達(dá)液位、超聲波液位、流量、閥門、液體和氣體分析、壓力和溫度的測量。例如，目前雖然無線分析變送器只有pH值和電導(dǎo)率兩類參數(shù)的變送器，但由于的水質(zhì)分析儀均具有HART通訊功能，所以，當(dāng)它們選配了智能無線適配器后，都可以升級成準(zhǔn)無線設(shè)備接入無線網(wǎng)絡(luò)，如酸/堿濃度、溶解氧、氯、臭氧、濁度等，可以最大限度地滿足市政水處理行業(yè)的應(yīng)用需求。
智能無線適配器可以給HART設(shè)備增加以下功能：
◆獲取先進(jìn)診斷信息：智能無線適配器通過AMS Suite訪問先進(jìn)的診斷信息，實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)和科氏流量計(jì)的現(xiàn)場儀表校驗(yàn)功能；
◆增強(qiáng)閥門能力：智能無線適配器與AMS ValveLink 軟件可以很容易地實(shí)現(xiàn)FIELDVUE數(shù)字閥門控制器的新增功能，包括數(shù)字閥門控制器在線閥門測試、報(bào)警監(jiān)控和閥門的位置趨勢。
◆遠(yuǎn)程設(shè)備管理和健康監(jiān)測：用戶通過智能無線適配器和AMS設(shè)備管理組合，在控制室就可以檢測HART設(shè)備的故障，不間斷地監(jiān)測設(shè)備，以優(yōu)化維護(hù)時(shí)間表，減少停機(jī)時(shí)間并減少人員在危險(xiǎn)區(qū)的滯留時(shí)間。
據(jù)介紹，目前已安裝使用的HART儀表有3000萬臺且種類繁多，智能無線適配器給這樣一些儀表的功能增加和應(yīng)用擴(kuò)展提供了一條新的途徑。
④智能無線網(wǎng)關(guān)
智能無線網(wǎng)關(guān)(見圖4)是現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)控制系統(tǒng)的多種通訊協(xié)議接口，智能無線網(wǎng)關(guān)類型有Modbus,、TCP/IP、OPC、以太網(wǎng)等。與控制系統(tǒng)的集成可以選擇Modbus或OPC的方式，在某些情況下，智能無線網(wǎng)關(guān)可以像控制器一樣直接掛在的控制網(wǎng)絡(luò)上。在控制系統(tǒng)的操作員界面上可以清晰直觀地獲得無線設(shè)備的過程和設(shè)備診斷信息。數(shù)據(jù)刷新速率：從數(shù)秒到數(shù)十分鐘可選，一臺智能無線網(wǎng)關(guān)最多可連接數(shù)十臺設(shè)備。
圖4 智能無線網(wǎng)關(guān)
智能無線網(wǎng)關(guān)與所連接的多臺無線設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)是自組織、自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中會自動查找最佳的通訊路徑，當(dāng)某個節(jié)點(diǎn)通訊性能下降時(shí)，它能自行修復(fù)，無需操作人員干預(yù)就可以可靠運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和重組能力強(qiáng)。
WirelessHART系統(tǒng)在中國的應(yīng)用
2007年9月國外公司在中國正式推出WirelessHART系統(tǒng)工業(yè)無線產(chǎn)品，以下介紹在國內(nèi)應(yīng)用的幾個實(shí)例。
①江西卡博特藍(lán)星化工公司
江西卡博特藍(lán)星化工公司采用最先進(jìn)的二氧化硅生產(chǎn)工藝，采用了先進(jìn)的DeltaV控制系統(tǒng)，安全儀表采用DeltaV SIS系統(tǒng)，應(yīng)用AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。由于鋪設(shè)電纜及設(shè)備維護(hù)難度較大，工廠的重要設(shè)備——冷卻風(fēng)機(jī)和助燃風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)(風(fēng)機(jī)軸溫度及風(fēng)機(jī)入口壓力)在線檢測采用智能無線解決方案，包括監(jiān)測風(fēng)機(jī)的軸溫的智能無線溫度變送器和風(fēng)機(jī)入口壓力的智能無線壓力變送器，并利用智能設(shè)備先進(jìn)的預(yù)診斷功能和智能設(shè)備管理軟件，對無線儀表進(jìn)行監(jiān)測，將無線監(jiān)測數(shù)據(jù)無縫集成到DCS系統(tǒng)，以獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。
從2008年7月投入運(yùn)行至今，測量結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行正常，達(dá)到用戶的預(yù)期要求，進(jìn)一步增強(qiáng)永戶使用無線產(chǎn)品的信心。
②中石油塔西南化肥廠
中石油塔西南化肥廠是一家專業(yè)生產(chǎn)尿素的廠家，該廠二氧化碳再生塔、吸收塔的塔高約40m，塔的壓力測量均采用普通差壓變送器完成，由于地處西北地區(qū)，冬天的氣溫較低，引壓管線經(jīng)常被凍(引壓管長50米)，儀表無法正常工作，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)，也給儀表維護(hù)工作帶來了很多困難。
解決方案中由智能無線網(wǎng)關(guān)和智能無線壓力變送器組成智能無線網(wǎng)絡(luò)，變送器分別安裝在塔頂和塔底，測量塔頂、塔底差壓，通過Modbus/RTU方式將數(shù)據(jù)送至DCS系統(tǒng)。該項(xiàng)目從2008年8月投入運(yùn)行至今，測量結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行正常，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了用戶的預(yù)期要求，給儀表運(yùn)行維護(hù)帶來了極大的方便，增強(qiáng)了用戶使用無線產(chǎn)品的信心。
③中海油友誼號平臺輸油船
自動化方案包括：智能無線網(wǎng)關(guān)、溫度變送器、開關(guān)量變送器。通過無線通訊方式，可對敷設(shè)電纜困難的設(shè)備和區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，從而節(jié)省安裝成本。此項(xiàng)目自2009午11月28口投運(yùn)以來，無線儀表運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)傳輸可靠，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)工程師及儀表維護(hù)工程師使用無線儀表的信心，深刻感受到智能無線技術(shù)帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益。
④華能上海石洞口第一電廠
華能上海石洞口第一電廠決定對除灰控制系統(tǒng)就地設(shè)備進(jìn)行一次改造，決定增加庫頂風(fēng)機(jī)壓差信號、庫底流化風(fēng)機(jī)和斜槽流化風(fēng)機(jī)的壓力信號。但在灰?guī)焐箱佋O(shè)電纜十分困難，增加有線儀表的方案不可行。新的解決方案中由智能無線網(wǎng)關(guān)和智能無線壓力變送器組成智能無線網(wǎng)絡(luò)，變送器分別安裝在除灰系統(tǒng)灰?guī)斓膸祉旓L(fēng)機(jī)、庫底流化風(fēng)機(jī)和斜槽流化風(fēng)機(jī)附近，分別監(jiān)測風(fēng)機(jī)的壓差和壓力信號。上位機(jī)為美國羅克韋爾公司AB系列的PLC，由于PLC中沒有空余的RS485接口，無線網(wǎng)關(guān)將所有測量值通過OPC集成到PLC中，并由羅克韋爾公司通用HMI人機(jī)界面顯示。
該項(xiàng)目從2009年12月投入運(yùn)行至今，測量結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行正常，實(shí)現(xiàn)了除灰系統(tǒng)的白動化監(jiān)測，大大改善了除灰系統(tǒng)的管理。
智能無線現(xiàn)場啟動包
一些WirelessHART設(shè)備生產(chǎn)廠推出智能無線現(xiàn)場啟動包，發(fā)貨時(shí)智能無線現(xiàn)場啟動包已預(yù)先組態(tài)，開箱即可搭建一個安全的、堅(jiān)固的自組織網(wǎng)絡(luò)。啟動包提供了一些功能選擇，使用戶能夠快速而方便地提高運(yùn)行性能，同時(shí)體驗(yàn)無線技術(shù)，獲取無線技術(shù)的操作經(jīng)驗(yàn)，并為未來實(shí)現(xiàn)更大范圍的無限應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。由于智能無線現(xiàn)場啟動包的點(diǎn)數(shù)不多，價(jià)格較低，可降低用戶風(fēng)險(xiǎn)。
智能無線啟動包包括：
◆任意選擇幾臺或更多無線壓力、溫度、差壓液位、差壓流量、振動、pH變送器和離散開關(guān)進(jìn)行組合，再任意組合智能無線適配器和無線閥位檢測器，獲取未曾利用的過程和診斷信息；
◆一臺安全、穩(wěn)定的智能無線網(wǎng)關(guān)；
◆從無線設(shè)備中獲取診斷信息的預(yù)測維護(hù)軟件；
◆相關(guān)的應(yīng)用軟件，可方便地設(shè)計(jì)無線網(wǎng)絡(luò)并獲取網(wǎng)路及設(shè)備的診斷信息；
◆服務(wù)軟件，它可以對整個網(wǎng)絡(luò)的狀況進(jìn)行評估，以確保通訊的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)還可以確認(rèn)設(shè)備在用戶選用的通訊協(xié)議中(Modbus，TCP/IP，以太網(wǎng)等)體現(xiàn)的功能性。
采用智能無線啟動包建立無線網(wǎng)絡(luò)無需現(xiàn)場勘察，無需前期工程設(shè)計(jì)，更不需要特殊工具，安裝和調(diào)試工作只需幾分鐘就可完成。用戶可以方便地在自組織網(wǎng)絡(luò)中添加新的設(shè)備，因?yàn)樗梢詿o限擴(kuò)充。
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