隨著(zhù)可靠的無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)通訊系統的出現，很大程度上排除了以往從過(guò)程設備和周邊區域采集信息時(shí)所面臨的技術(shù)和經(jīng)費方面的障礙。即使是傳統的控制系統，單機儀表的信息傳送技術(shù)現在也已進(jìn)入實(shí)用階段。

    無(wú)線(xiàn)設備可以采集以往難以企及或幾乎不可能訪(fǎng)問(wèn)的信息，并將其傳送至設備控制系統。這樣，設備工作性能和過(guò)程狀態(tài)數據被連續、實(shí)時(shí)地傳送至規定的系統。如此則可以：

    · 改進(jìn)設備維修工作
    · 提高設備可靠性
    · 改善過(guò)程控制
    · 增強安全性
    · 更加符合環(huán)保要求
    · 安裝成本遠遠低于硬導線(xiàn)連接系統

　　這些無(wú)線(xiàn)系統的最大優(yōu)點(diǎn)在于其共存性，即可以與其它無(wú)線(xiàn)系統共同工作于典型設備環(huán)境之中。例如，現行的IEEE 802.11 Wi-Fi寬帶無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)和TCP/IP標準早已被應用于工業(yè)企業(yè)成千上萬(wàn)臺設備中。

　　使用工業(yè)級Wi-Fi結構以后，可以尋求新的解決方案并且適應新的操作方法?，F場(chǎng)操作人員可以方便快捷地通過(guò)便攜式電腦觀(guān)察報警并做出響應、評估過(guò)程和接受工作指令等。無(wú)線(xiàn)系統徹底改善操作人員的通訊方法，即使離開(kāi)控制室也可以檢查設備，極大提高了生產(chǎn)效率。

　　對變革的挑戰
 
　　工業(yè)技術(shù)在不斷發(fā)展，控制要求和客觀(guān)條件也發(fā)生了巨大的變化；這就要求現有的控制系統適應這種變化，獲得比以往任何時(shí)候更多的信息。

　　例如，許多國家在健康、安全和環(huán)保方面的要求越來(lái)越嚴格?？赡芤筮B續監視設備周?chē)陌踩珖娏芷?，以便必要時(shí)提供支援。還有，可能要求了解手動(dòng)控制閥的狀態(tài)，確定其處于安全狀態(tài)，避免由于錯誤估計而發(fā)生事故。還可能要求監視安全減壓閥以檢測其排放情況。

　　在嚴格控制人力資源和不斷更新信息的大趨勢下，依靠操作人員夾著(zhù)記錄本在廠(chǎng)區各處記錄讀數，這種工作方式幾乎是不現實(shí)的。否則，就只能現場(chǎng)手動(dòng)測量，因為這樣即容易出錯又不安全。

　　為了減少停機，比起定期手動(dòng)檢測來(lái)說(shuō)，對泵和電機等設備進(jìn)行連續監測以獲得其磨損等重要信息是非常明智的。

　　所有這些工作都可以通過(guò)由現場(chǎng)儀表向控制室發(fā)送報告來(lái)完成。但是顯而易見(jiàn)，采用有線(xiàn)變送器來(lái)實(shí)現新的功能，費用可能相當昂貴。在許多情況下，為了節約開(kāi)支，只能不用備用信號線(xiàn)、不用備用線(xiàn)槽位置和備用DCS I/O點(diǎn)等；就算要用，安裝起來(lái)也不容易。即使在新建的工廠(chǎng)中，也有許多遠程位置，用導線(xiàn)或電纜來(lái)連接是非常不經(jīng)濟的。

    此外，如果要提高解決問(wèn)題的能力和效率，則控制室就需要獲得有關(guān)設備層面工作性能的更多信息。因此，工廠(chǎng)內成千上萬(wàn)臺設備只有借助于新興的無(wú)線(xiàn)結構，以迎接上述挑戰以及如雨后春筍般涌現出的新挑戰。

　　有趣的是，在許多應用中，用無(wú)線(xiàn)設備來(lái)代替有線(xiàn)設備已成為一種不可阻擋的潮流。例如，壓力表和溫度計、變面積流量計和玻璃液位表等，均沒(méi)有導線(xiàn)連接至任何系統，且必須由操作人員來(lái)讀??；無(wú)論這些現場(chǎng)設備安裝在何處，現在都可以用無(wú)線(xiàn)技術(shù)將其連接在一起。

　　無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)系統已經(jīng)給過(guò)程控制領(lǐng)域帶來(lái)令人矚目的諸多驚喜，主要體現在對問(wèn)題的全新解決方案和快捷的調度能力方面。表1歸納了近期用戶(hù)采用的一些創(chuàng )新的無(wú)線(xiàn)解決方案。

　　從HART開(kāi)始入手

　　無(wú)線(xiàn)變送器屬于相對較新型的設備，但一項涉及無(wú)線(xiàn)設備的制造及使用的標準早已生效。WirelessHart是全數字化的無(wú)線(xiàn)協(xié)議，并且于2007年被批準為控制領(lǐng)域的通用標準。如此，希望采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)和設備的企業(yè)不必依賴(lài)一家制造商提供數量有限的產(chǎn)品。不同制造商提供的產(chǎn)品可以互相配合使用，這是由于產(chǎn)品均按同一標準進(jìn)行制造。
　
　　無(wú)線(xiàn)變送器使用IEEE 802.15.4標準，可以保證其共存性，并且與Wi-Fi共享空間。在有線(xiàn)HART設備方面，IEC 61158應用層用于這項技術(shù)的最高一級，保證實(shí)現與現有設備管理軟件的無(wú)縫連接。

　　ZigBee 和藍牙技術(shù)是大家很熟悉的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，但是在過(guò)程領(lǐng)域無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )應用的WirelessHART標準是基于802.15.4 協(xié)議的。ZigBee和藍牙不是采用IEEE 802.15.4協(xié)議，它們只是基于該協(xié)議的物理層和數據鏈接層而已。

　　采用WirelessHART標準的設備可以支持任何類(lèi)型的傳感器，可以適用于幾乎任何工業(yè)應用，可以從事所有HART產(chǎn)品目前所進(jìn)行的各項控制或監視工作。一些主要的制造商已公開(kāi)宣布將提供符合WirelessHART標準的變送器和網(wǎng)關(guān)。

　　有關(guān)基礎設施的決定

　　無(wú)論是在新建工廠(chǎng)或是現有工廠(chǎng)更新改建中應用無(wú)線(xiàn)基礎設施，這些無(wú)線(xiàn)設備均可以使用許多年；因此，決策應非常慎重，如同決定控制系統一般。對于工業(yè)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，可靠性和安全性始終是主要的考慮因素。WirelessHART可以很好地解決這兩方面的問(wèn)題。

　　WirelessHART具有獨特的自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，在信號受阻時(shí)，WirelessHART可以動(dòng)態(tài)地重新選擇傳遞路徑，大大提高了數據傳遞的可靠性。工廠(chǎng)層面上常常會(huì )出現通訊故障，這種“繞行工作”的能力可以使其不受影響。除了任何類(lèi)型的組態(tài)數據外，WirelessHART還包括“狀態(tài)和數值”數據，這樣可以使用戶(hù)深入了解其測量值是否有效，確保所報告數值的準確性。

　　在遇到高層建筑和腳手架，或是臨時(shí)?？康目ㄜ?chē)等障礙物等擋住了已經(jīng)建立的信號路徑時(shí)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的自組織能力便體現出其價(jià)值。網(wǎng)絡(luò )只要尋找傳送信號的新路徑并使其到達網(wǎng)關(guān)。因此網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )顯得更為堅固耐用。

　　網(wǎng)狀協(xié)議也可以減少需要的網(wǎng)關(guān)﹝傳送接收機﹞數量，因為每一臺設備均起收發(fā)機的功能，可以轉發(fā)不在網(wǎng)關(guān)視線(xiàn)內且來(lái)自其它設備的消息。這樣，無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )可以方便地調度網(wǎng)絡(luò )上的設備，因為不必再進(jìn)行視線(xiàn)通訊系統要求的現場(chǎng)勘察。

　　針對通道噪聲所采取的措施包括通道跳越、黑色列表噪聲通道和使用“分布頻譜”傳送等。安全措施包括加密技術(shù)、連接鑒定和消息驗證等。

　　大部分工廠(chǎng)將混合式協(xié)議﹝例如有線(xiàn)HART﹞用于安全設備，將Foundation現場(chǎng)總線(xiàn)用于控制儀表，將Profibus-DP用于電機啟動(dòng)器和設備。這些系統集成在一個(gè)控制和設備管理系統內，使所有設備及時(shí)地將準確的有用信號傳送給指定人員，以便其作出正確的響應。無(wú)線(xiàn)儀表屬于新生事物，會(huì )對無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )提出不同的要求，因此在設計新的系統或更新舊的系統時(shí)必須定義上述情況。

　　傳統過(guò)程控制的潛能

　　粗看起來(lái)，工廠(chǎng)中的DCS系統可能顯得有些過(guò)時(shí)，似乎并不支持無(wú)線(xiàn)設備。但是通過(guò)使用“無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)”的方法，可以解決這個(gè)問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)可以接入現有的系統，無(wú)論這個(gè)系統新舊與否。事實(shí)上，WirelessHART網(wǎng)關(guān)甚至還可以用于不支持WirelessHART的控制系統之中。

　　由于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)支持Modbus/RTU、Modbus/TCP，也可以支持OPC，故無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)也可以用于傳統的控制系統。這些控制系統盡管缺少本系統的無(wú)線(xiàn)支持，但可以根據無(wú)線(xiàn)變送器來(lái)提供過(guò)程變量。此外，預先安裝在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)內的HTTP 網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器可以從一般的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器來(lái)設置WirelessHART網(wǎng)絡(luò )，無(wú)需獲得控制系統的支持。

　　智能設備管理軟件可以與傳統控制系統并行使用，現場(chǎng)儀表與設備管理軟件之間可以有效地通訊所有的與設備有關(guān)的信息。這樣，運行多年的老設備也可以分享從無(wú)線(xiàn)設備和管理系統帶來(lái)的利益。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)通過(guò)無(wú)線(xiàn)變送器使老系統接收過(guò)程變量

　　我們也可以用無(wú)線(xiàn)技術(shù)來(lái)增強有線(xiàn)HART設備的使用性能。成千上萬(wàn)家工廠(chǎng)使用有線(xiàn)HART設備，但其控制系統缺少HART接口。有線(xiàn)變送器和閥門(mén)定位器可以安裝“無(wú)線(xiàn)適配器”，以便設備管理軟件訪(fǎng)問(wèn)其診斷信息并進(jìn)行遠程組態(tài)?，F有設備融入這種無(wú)線(xiàn)功能以后，可以極大地提升和增強使用壽命和附加值。

　　至于無(wú)線(xiàn)裝置的老化問(wèn)題，其使用壽命為15年，與控制系統幾乎完全一致。

　　通過(guò)使用IEC 61804-3標準“電子設備描述語(yǔ)言”﹝EDDL﹞，與有線(xiàn)HART、Foundation現場(chǎng)總線(xiàn)、 Profibus設備的兼容性問(wèn)題可以得到保證﹝參閱《亞洲控制工程》2007年9月號﹞。

　　每次工廠(chǎng)增加新的無(wú)線(xiàn)變送器或更新無(wú)線(xiàn)變送器的版本時(shí)，只要將設備的EDDL復制到系統中，就能確保軟件同步更新了。通過(guò)EDDL文件，設備管理軟件能夠把設備信息生動(dòng)地展示在屏幕上，用戶(hù)還能打開(kāi)幫助文件和圖片，獲得更多內容。

    邁出第一步，通向無(wú)線(xiàn)過(guò)程控制的美好未來(lái)

無(wú)線(xiàn)設備的管理

　　在目前條件下，安裝無(wú)線(xiàn)設施并用于現有設備和控制系統，是一件輕而易舉的事情。許多工廠(chǎng)從與單一網(wǎng)關(guān)進(jìn)行少量設備通訊的無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始，著(zhù)手引入小型的無(wú)線(xiàn)系統。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，第一個(gè)無(wú)線(xiàn)點(diǎn)的價(jià)格是最昂貴的，這是由于哪怕只使用1臺變送器，也必須配備與之相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)關(guān)、計算機和軟件等。然而，一旦這些基礎設施安裝就位和投入使用，之后的變送器安裝費用與設備本身相差無(wú)計，這是一個(gè)網(wǎng)關(guān)可以支持許多變送器所帶來(lái)的好處。

　　一旦第一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始發(fā)揮作用后，運行和維修人員就會(huì )發(fā)現工廠(chǎng)中的其它無(wú)線(xiàn)應用，滿(mǎn)足設備監測和過(guò)程數據采集的長(cháng)期要求。要想知道工廠(chǎng)中哪些地方可以采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)，可先羅列一下目前需要人工收集的測量數據，或是現在根本無(wú)法獲得的信息。監測功能是評估這項技術(shù)的絕好機會(huì )。
 
　　用維修經(jīng)費來(lái)投資第一個(gè)無(wú)線(xiàn)啟動(dòng)包，以此為契機，開(kāi)始開(kāi)發(fā)無(wú)線(xiàn)設備的巨大潛能，并將其逐步拓展到各個(gè)部門(mén)，如設計、運行和維修等。讓每一個(gè)人都有機會(huì )認識這一技術(shù)如何提高設備可靠性、減少設備停機時(shí)間、改進(jìn)過(guò)程控制、并創(chuàng )造一個(gè)更加安全的工作環(huán)境。