√ 廠(chǎng)內應用       √ 工廠(chǎng)附近應用      √ 遠距離應用

                  √ 移動(dòng)工作人員   √ 控制

1 概述

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)近來(lái)的發(fā)展使它在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的應用變得更加容易，也帶來(lái)了相關(guān)的利益，包括改善勞動(dòng)生產(chǎn)率的機會(huì )，更好地對庫存進(jìn)行管理，維護減少以及性能優(yōu)化等。 

    沒(méi)有任何一種單一的無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以適用于所有的應用要求。潛在的應用有如此之多， 每一種都具有不同的要求，以及不同的“最佳”方案。 好消息是， 既然有如此多的潛在應用， 那么用戶(hù)就有大量的機會(huì )來(lái)利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)工作。 

    本篇內容概括了三種常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的應用類(lèi)型，包括了相關(guān)例證和各自的好處。 

    這些只是幾個(gè)例子而已，因為潛在應用的數量幾乎是無(wú)限的。 在用戶(hù)的整個(gè)操作中時(shí)時(shí)處處都有應用的機會(huì )。 

2 廠(chǎng)內應用    

    有些無(wú)線(xiàn)應用包含了從幾百米到幾百公里距離的通信范圍。但是即使是在工廠(chǎng)之內的更近的距離，有時(shí)利用傳統的有線(xiàn)連接也是過(guò)于困難或者昂貴的，因為無(wú)法實(shí)行。 

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以幫助克服這些經(jīng)濟和技術(shù)方面的障礙。 事實(shí)上，工廠(chǎng)內部潛在信息的密度為人們提供了大量的機會(huì )。 

    以下將選擇其中兩種最常見(jiàn)的機會(huì )進(jìn)行探討： 一是低成本的增量測量，另外一個(gè)是訪(fǎng)問(wèn)“擱淺的”診斷信息。 

2.1 低成本增量測量

    請想一下利用添加的這些測量點(diǎn)帶來(lái)的信息用戶(hù)可以做些什么。

    例如，如果用戶(hù)擁有更多的關(guān)于儲罐液位、蒸汽管道溫度或者溢流閥狀態(tài)的實(shí)時(shí)數據，用戶(hù)能否增加操作過(guò)程的正常工作時(shí)間，提高操作的連貫性，或者更快地探測到泄放事故的信息？可能性是無(wú)限的，關(guān)鍵是用戶(hù)能想象出來(lái)多少種方法來(lái)對操作加以改進(jìn)。 

    然而傳統上，增加測量點(diǎn)意味著(zhù)需要增加電線(xiàn)以便將數據送回控制室，但是往往這樣做的成本最終會(huì )超過(guò)潛在的收益。當用戶(hù)將設計、采購、安裝、啟動(dòng)以及為支持一個(gè)典型的模擬測量點(diǎn)所需要的基礎設施等都包含在一起，那么每個(gè)測量點(diǎn)和總成本可能會(huì )達到將近一萬(wàn)美元。 

    另一方面，如果安裝一個(gè)無(wú)線(xiàn)的監測點(diǎn)，安裝費用大概只占有線(xiàn)方案成本的一小部分，90％的安裝成本會(huì )節省下來(lái)。 這就將成本效益的平衡點(diǎn)大大地偏移到了于用戶(hù)有利的一邊。 

    增加無(wú)線(xiàn)測量點(diǎn)的低成本和便利向用戶(hù)證明了將手動(dòng)數據收集進(jìn)行自動(dòng)化是正確的。這種“拿著(zhù)記錄板巡回檢查”的方式讓操作人員無(wú)法將生產(chǎn)率加以提高。手動(dòng)數據收集工作不僅費時(shí)，而且很容易出錯。 由于操作人員常常工作太忙，在檢查的時(shí)候漏掉一個(gè)測量點(diǎn)也是很經(jīng)常的事。    

    雖然有些工廠(chǎng)嘗試過(guò)使用各種不同的無(wú)線(xiàn)技術(shù)來(lái)收集測量數據，但是只有自組織網(wǎng)絡(luò )的可靠性和耐用性給他們帶來(lái)了真正的利益。 很簡(jiǎn)單的概念： 網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)設備都不僅僅作為單純的測量點(diǎn)，而且作為相鄰設備進(jìn)行通信的路由器。 如果一條信息不通過(guò)直接的路徑進(jìn)行傳遞，它就會(huì )自動(dòng)地通過(guò)其它設備改道發(fā)送。 

2.2 訪(fǎng)問(wèn)擱淺的診斷信息

    基于HART 現場(chǎng)設備的優(yōu)點(diǎn)之一，就是它們具有嵌入式的診斷能力。但是很不幸，這些診斷信息常常處于“擱淺”或者無(wú)用狀態(tài)，這是因為許多老式的控制系統并不支持HART通信模式。 

    結果是，工廠(chǎng)里雖然安裝有成百上千的HART設備，卻無(wú)法利用它們所產(chǎn)生的診斷信息來(lái)減少維護成本。 

    通過(guò)提供一個(gè)獨立的（但是簡(jiǎn)單而便宜的）連接， 無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以幫助您獲取HART設備中的擱淺的診斷信息，從而獲益。 

    這種技術(shù)方案是，在現有的HART設備上添加一個(gè)無(wú)線(xiàn)模塊，這些模塊同回路進(jìn)行電氣連接，但是無(wú)需中斷回路以進(jìn)行安裝，而且在獲取HART數據的同時(shí)也不會(huì )對模擬控制信號產(chǎn)生影響。

    無(wú)線(xiàn)裝置通過(guò)自組織網(wǎng)絡(luò )同網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。同有線(xiàn)系統的多路轉換器一樣，網(wǎng)關(guān)將來(lái)自于所有設備的數據集中在一起送往中央控制室，在這兒用戶(hù)可以使用資產(chǎn)管理軟件來(lái)訪(fǎng)問(wèn)診斷信息。  

    無(wú)線(xiàn)通信裝置、網(wǎng)關(guān)以及資產(chǎn)管理軟件的成本增加相對較小，所以要獲取HART設備的診斷信息真是易如反掌。利用診斷信息這個(gè)工具，用戶(hù)可以改善過(guò)程操作，做出決定進(jìn)行系統維護，而無(wú)需頻繁地奔赴現場(chǎng)進(jìn)行考察，并因此增加勞動(dòng)成本。 

3 工廠(chǎng)附近的應用

    有時(shí)即使距離不算很遠，或者有一些其它的障礙（例如公路或這河流），都會(huì )導致有線(xiàn)連接費用昂貴，難以安裝。 

    某些難于抵達的或者沒(méi)有人員配備的工廠(chǎng)周邊地帶，包括油罐區、裝卸站點(diǎn)或碼頭以及環(huán)境處理過(guò)程等，都是這種情況。用戶(hù)也可能會(huì )在自己的操作中想到幾種類(lèi)似的應用。 

    這些工廠(chǎng)附近的應用亦可得益于無(wú)線(xiàn)技術(shù)。無(wú)線(xiàn)應用最好的方法，常常是將遠處區域內使用的基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)同無(wú)線(xiàn)技術(shù)結合使用，連接回中央控制室。

    除了安裝費用較低之外，基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)還提供一項功能使它成為這些應用的理想選擇：許多現場(chǎng)總線(xiàn)設備可以獨立于主機系統之外而完成控制功能。裝備了無(wú)線(xiàn)通信設備的現場(chǎng)總線(xiàn)接口模塊可以對數據進(jìn)行整合，并以無(wú)線(xiàn)方式將它們從遠處的現場(chǎng)送回中央控制室，或者任何其它需要的地方。 

    結合基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)，可以為工廠(chǎng)附近應用的自動(dòng)化提供一條成本效益很好的途徑。

    這樣的安排為用戶(hù)帶來(lái)的好處是，在這些區域的監測得以加強，控制更加方便，而這在以前是很難做到的 但是這還不是全部的優(yōu)勢：無(wú)線(xiàn)連接和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)還使智能設備的遠距離診斷成為可能（通過(guò)中央資產(chǎn)管理系統），并減少了到偏遠地點(diǎn)進(jìn)行頻繁“設備檢查”的來(lái)回次數。 

4 遠距離應用

    在硬線(xiàn)連接行不通的地方，無(wú)線(xiàn)技術(shù)常常是一個(gè)合理選擇。尤其當測量點(diǎn)或者用戶(hù)需要的資產(chǎn)信息距離使用地點(diǎn)很遠的時(shí)候，肯定要用這種方法。

    這種類(lèi)型的例子包括：

    （1）遠距離庫存監測

    （2）遠距離圖表記錄儀

    （3）遠距離油氣田故障診斷

4.1 庫存監測

    生產(chǎn)低溫儲存的氣體、燃油、丙烷或者專(zhuān)用化學(xué)制品的公司常常使用卡車(chē)將這些產(chǎn)品運輸到客戶(hù)的儲存罐中去，而這些儲存罐所處的地理位置常常分布較遠。 

    對這些產(chǎn)品的運送進(jìn)行管理，確保儲罐總是保持有足夠的庫存從而達到客戶(hù)的要求，對物流人員實(shí)在是一件棘手的事情，特別是有時(shí)候用戶(hù)不知道每個(gè)罐中到底還有多少存貨， 而不得不耐心等待，直到卡車(chē)司機在下一次送貨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)檢查之后方能了解。 太頻繁地派卡車(chē)司機前去檢查會(huì )增加運送成本，而且會(huì )占用本來(lái)可能會(huì )在其它地方銷(xiāo)售的產(chǎn)品。 但是如果不這么做，就不得不面對風(fēng)險，例如儲存罐空了，客戶(hù)怒氣沖沖，又比如增加的緊急運輸的費用等情況。 

    有了無(wú)線(xiàn)技術(shù)，就可以對庫存量進(jìn)行自動(dòng)監測，最大可能地減少儲罐斷貨的風(fēng)險，并減少不必要的卡車(chē)運輸。 

    例如， 蜂窩式無(wú)線(xiàn)通信設備可以在遠程位置以無(wú)線(xiàn)方式將儲罐的庫存量測量值發(fā)送到最近的手機信號發(fā)射塔。 從這里信息經(jīng)過(guò)公共通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳播，直到數據服務(wù)器。 然后您就可以通過(guò)安全的網(wǎng)絡(luò )界面來(lái)訪(fǎng)問(wèn)數據，同使用電腦在因特網(wǎng)上訪(fǎng)問(wèn)銀行賬戶(hù)信息一模一樣。 

    蜂窩技術(shù)可以幫助您訪(fǎng)問(wèn)遠距離之外的庫存數據，操作方便，費用低廉。 

    這種無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應用有幾個(gè)好處：  

    （1）盡可能減少不必要的運貨次數。當儲罐內的存貨達到預定液位的時(shí)候，會(huì )自動(dòng)產(chǎn)生報警，通知安排送貨的時(shí)間已到。 而在真正有必要之前，用戶(hù)無(wú)需派卡車(chē)前去送貨，“只要處在安全狀態(tài)即可”。 

    （2）防止儲罐斷貨。同樣會(huì )發(fā)送警報，通知需要送貨了，因此用戶(hù)可以及時(shí)地做出送貨計劃，防止儲罐庫存用光。 

    （3）降低對安全庫存的需求。您還可以為庫存液位警報編制程序，以便通知您何時(shí)需要進(jìn)行調整，使安全庫存的量降到最低。 

    （4）出錯更少。對于手動(dòng)監測而言，人為差錯總是難以避免。 自動(dòng)化可以使潛在的錯誤降到最低的程度。 

4.2 圖表記錄儀

    紙質(zhì)圖表記錄儀常常用于跟蹤偏遠地區的壓力、液位或者溫度測量值。使用傳統的技術(shù)會(huì )要求每周或者每月定期到遠處的現場(chǎng)，以便收集紙質(zhì)圖表，解釋數據并安裝新的紙輪。 

    更重要的是，當前的數據只有在定期現場(chǎng)訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)候才可以得到。而且假如記錄器發(fā)生了故障，數據探測則要到下一次訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)候才可進(jìn)行，而下一次訪(fǎng)問(wèn)可能要幾個(gè)星期之后了。 

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以幫助消除這些缺陷。例如，利用配備了蜂窩式無(wú)線(xiàn)通信裝置的測量設備，可以從遠處的現場(chǎng)自動(dòng)發(fā)送數據，提高數據收集和分析的能力。用戶(hù)可以非常及時(shí)的獲得需要的信息，而且不再需要有人驅車(chē)前往更換紙輪。 

4.3 診斷油氣田故障

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)在油氣工業(yè)也扮演重要角色。 在這個(gè)行業(yè)里，生產(chǎn)和分配系統可能會(huì )跨越數百公里之遠。例如在很多年前， 在北美洲， 監控和數據采集系統（SCADA）利用高功率900MHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)同遠在水源、管道和其它偏遠現場(chǎng)的遠端監測單元（RTU）進(jìn)行通信。

    要在如此廣闊的地區內對設備進(jìn)行維護是一件十分困難的工作，需要大量的人工；假如設備的最新健康和狀態(tài)信息能夠很容易獲取，這些工作本來(lái)應該更加簡(jiǎn)單。 很不幸的是，傳統的SCADA系統通常不能提供如此珍貴的信息，而是完全依賴(lài)于操作人員或者工程師來(lái)注意何時(shí)過(guò)程測量結果的異常會(huì )暗示可能的設備故障。 

    但是最近，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)取得的進(jìn)展，RTU的性能有所改善，這就使來(lái)自于HART現場(chǎng)設備的診斷信息發(fā)送到中央資產(chǎn)管理系統成為可能。 這些信息使工作人員在遠程設備發(fā)生故障或停車(chē)前就能方便地偵測和診斷潛在的問(wèn)題。

5 無(wú)線(xiàn)技術(shù)和移動(dòng)工作人員

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以提高工作人員的生產(chǎn)效率，尤其是對那些在任務(wù)遍布于整個(gè)工廠(chǎng)之內，有很多時(shí)間都遠離控制室的工作人員而言。 

    恰如前面所述，大多數工廠(chǎng)的操作人員收集數據的方式是“記錄板巡回方式”，手動(dòng)對數百個(gè)獨立的測量點(diǎn)進(jìn)行檢查，包括儀表、觀(guān)察鏡、圖表記錄儀或者其它的指示器等等，每小時(shí)一次，或者每班、每天、每星期不等。 現在想象一下用無(wú)線(xiàn)技術(shù)代替記錄板將這些數據帶回控制室。 增加無(wú)線(xiàn)設備成本低廉，因而對于成百上千的許多測量點(diǎn)來(lái)說(shuō)，是切實(shí)可行的方法。 

    由于無(wú)線(xiàn)設備可以更頻繁地自動(dòng)收集并傳輸信息，用戶(hù)會(huì )得到一個(gè)更準確、更切近的圖片來(lái)描述工廠(chǎng)內發(fā)生的一，而用戶(hù)的操作人員可以減少在有害環(huán)境中的暴露，獲得更多的時(shí)間從事更高價(jià)值的工作。

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以延伸處于移動(dòng)狀態(tài)的工作人員對關(guān)鍵過(guò)程信息、歷史數據、圖表以及其它關(guān)鍵功能的訪(fǎng)問(wèn)。 例如，操作人員可以在現場(chǎng)使用配有無(wú)線(xiàn)裝置的平板電腦，同工廠(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )的各種系統和應用進(jìn)行通信，而無(wú)需返回到控制室。 

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以提供很多信息，而這些信息維修技師現在只能手動(dòng)收集，或者根本無(wú)法收集。例如， 維修技師常常不得不親臨現場(chǎng)，檢查那些讀數同預期值有差別的設備。 經(jīng)常會(huì )發(fā)生趕到遠處的現場(chǎng)進(jìn)行檢查時(shí)卻發(fā)現根本沒(méi)有問(wèn)題，或者問(wèn)題是發(fā)生在回路的另外部分的情況。 

    然而，通過(guò)應用無(wú)線(xiàn)技術(shù)訪(fǎng)問(wèn)HART數據，維修隊可以迅速而且很容易地檢查設備狀況，進(jìn)行診斷而無(wú)需離開(kāi)控制室或維修車(chē)間。 帶有高級診斷功能的設備甚至可以使用戶(hù)在問(wèn)題發(fā)生之前探知潛在的問(wèn)題，以便可以在設備的正常運行受到影響之前采取正確的措施。 

6 無(wú)線(xiàn)技術(shù)和控制應用

    大多數無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用都包含監測和診斷功能。 這是因為今天無(wú)線(xiàn)技術(shù)最大的價(jià)值在于它能夠提供額外的信息，幫助用戶(hù)充分利用其操作過(guò)程。 

    在將無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用到最難的過(guò)程控制問(wèn)題之前， 最好先取得一些在監測和非關(guān)鍵控制應用方面的經(jīng)驗，例如開(kāi)環(huán)控制、耐等待以及非關(guān)鍵控制等。 

    大多數廠(chǎng)內無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案都應用自組織網(wǎng)絡(luò )，這種網(wǎng)絡(luò )對控制而言已經(jīng)足夠穩健可靠，而且可以維持一個(gè)價(jià)格較低的、經(jīng)過(guò)優(yōu)化以便于監測的結構。 良好而靈活的網(wǎng)絡(luò )設計可以滿(mǎn)足用戶(hù)所有的要求，而且成本效益較好。 

7 總結 

    在過(guò)程和資產(chǎn)管理方面，無(wú)線(xiàn)技術(shù)創(chuàng )造了令人激動(dòng)的機會(huì )，包括對信息的利用，這些信息在以前無(wú)論從經(jīng)濟上還是在技術(shù)上都難以獲得。 這些機會(huì )包括： 

    （1）監測遠距離的庫存液位，減少物流成本；

    （2）使遠距離圖標記錄器自動(dòng)化，及時(shí)獲取數據，減少勞動(dòng)成本和人為錯誤；

    （3）從偏遠的油氣田設備獲取診斷數據；

    （4）若有線(xiàn)連接不實(shí)用，可以使工廠(chǎng)附近的操作以無(wú)線(xiàn)方式自動(dòng)化；

    （5）增加廠(chǎng)內測量點(diǎn)，獲得對操作過(guò)程的充分認識；

    （6）利用遍及廠(chǎng)內的HART設備中“擱淺”的診斷信息。

    以上所述僅僅是根據當前的無(wú)線(xiàn)技術(shù)用戶(hù)已經(jīng)取得的利益類(lèi)型。 根據用戶(hù)自己的操作狀況，您還可以發(fā)掘出許多更具有潛力的應用方式。