胡嘉偉（1973-）

    男，1993年畢業(yè)于貴州大學(xué)電子科學(xué)系電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)，2000年至今先后擔任3*8萬(wàn)噸/年磷酸濃縮裝置，20萬(wàn)噸 /年、60萬(wàn)噸/年、80萬(wàn)噸/年硫磺制酸裝置，24萬(wàn)噸/年磷酸二銨裝置，2*30萬(wàn)噸/年磷酸萃取裝置等多套化工裝置自控專(zhuān)業(yè)項目負責人，長(cháng)期從事磷化工現場(chǎng)過(guò)程控制工作。

    摘  要：文章簡(jiǎn)單分析了無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應用場(chǎng)合和可以為工業(yè)應用帶來(lái)的好處，并針對Trusted Wireless技術(shù)在高位水池監控中的應用進(jìn)行了詳細的介紹與分析。

    關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)；Trusted Wireless；水池監控

    Abstract: This paper analyzes the application field of wireless technology and its benefit to the customers. Especially, in this paper, we make a detailed description and introduction of Trusted Wireless technology in the monitoring of pool applications.

    Key words: Wireless; Trusted Wireless; Monitoring of pool

    1 引言

    隨著(zhù)工業(yè)的飛速發(fā)展，新技術(shù)的應用也越來(lái)越廣泛，工業(yè)通訊系統和安全控制技術(shù)是當今國際工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)?，F場(chǎng)信息化的發(fā)展和先進(jìn)的遠程現場(chǎng)設備診斷使設備從被動(dòng)性維護向主動(dòng)性維護發(fā)展。目前，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的革新，工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員都在研究“配置使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)的可行性”，以達到“風(fēng)險最小化，資產(chǎn)使用最優(yōu)化”的目標。

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)并不是萬(wàn)能的，不能完全替代有線(xiàn)方式的應用，但它作為有線(xiàn)方式的最好的、最有益的補充之一，在特定的工業(yè)控制領(lǐng)域起到其獨特而無(wú)法替代的好處，而由有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的無(wú)縫連接實(shí)現的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )也必將是今后工業(yè)控制領(lǐng)域的一個(gè)趨勢。

    那么在哪些場(chǎng)合“主動(dòng)的維護”和“風(fēng)險最小化,資產(chǎn)使用最優(yōu)化”要去考慮“配置使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)的可行性”呢？當信號線(xiàn)需要穿越高速公路、鐵路、河流等；信號需要從偏遠、荒蕪的地方傳到控制室，長(cháng)距離布線(xiàn)的人力和物力成本很高；旋轉、移動(dòng)的機械或設備信號時(shí)斷時(shí)續，后期維護成本高昂；許多儀表、設備位于有爆炸危險、高污染、干擾強烈或高輻射的區域，維護、調試極易造成人身傷害或財產(chǎn)損失……無(wú)需多言，在這些情況下，無(wú)線(xiàn)解決方案無(wú)疑是最佳的選擇。因為無(wú)線(xiàn)電磁波經(jīng)由開(kāi)放空間內的傳輸，大大減小了耗時(shí)而高成本的安裝，它借助所使用天線(xiàn)的發(fā)散特性，無(wú)線(xiàn)信號可覆蓋大面積的戶(hù)外區域或內空間，能夠穿透或覆蓋無(wú)法進(jìn)行線(xiàn)纜安裝的區域，保證設備在信號范圍內的自由移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò )接入，而不受安裝的限制。同時(shí)無(wú)線(xiàn)傳輸無(wú)阻抗、無(wú)污染、微功率而又不受常見(jiàn)電磁干擾，同時(shí)是免維護的解決方案，與硬件成本相比，其潛在的節約成本空間更大。

   2 應用背景

    2009年初，在貴州開(kāi)磷集團礦肥有限責任公司消防系統項目高位水池監控中遇到了一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，如圖1所示。

                   

                                          圖1

    在圖中山頂高位水池標識的地方有高位水池一個(gè)（如圖2所示）。該高位水池主要是用來(lái)儲存消防用水，因為該企業(yè)是一家生產(chǎn)磷肥的企業(yè)，這也決定了其對消防系統更高的要求，必須時(shí)刻保證高位水池內有充足的水量，而需要將高位水池的水位、壓力等信息采集到控制室進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。但是高位水池在山頂，從高位水池到控制室直線(xiàn)距離600米左右，如果鋪設信號電纜的話(huà)，需要花費很大的人力、物力和財力去挖線(xiàn)纜溝、埋線(xiàn)、布線(xiàn)，由于工期相對較緊，傳統有線(xiàn)方式耗時(shí)太長(cháng)。而且在后期使用中，一旦信號線(xiàn)纜被野生動(dòng)物或其它原因破壞，很難找到破壞點(diǎn)進(jìn)行維修，這樣勢必影響到正常的信號監控，并將提高維護成本。并且在現場(chǎng)有高壓線(xiàn)經(jīng)過(guò)，電磁干擾非常大（如圖3），如果采用有線(xiàn)的方式，控制室接受到的信號將收到干擾，影響準確性、可靠性。

                
  
                  圖2                                         圖3

    3 解決方案

    基于以上原因，該廠(chǎng)考慮采用無(wú)線(xiàn)方案來(lái)實(shí)現高位水池的監控。而對于所有的無(wú)線(xiàn)技術(shù)而言，可靠性、簡(jiǎn)單性、功效、傳輸范圍和成本是比較、評估和選擇工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的五個(gè)最重要的指標。每個(gè)指標都以獨特的視角展示了某個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。為確保針對給定應用選出了最合適的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，筆者在比較不同技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)時(shí)，對這些指標逐一進(jìn)行考察衡量，以確定是否適合企業(yè)的應用。

    在這里，可靠性是指無(wú)線(xiàn)系統在存在各種工業(yè)障礙的情況下成功完成通信的能力。根據無(wú)線(xiàn)系統的射頻頻譜、接收靈敏度（收發(fā)器完成通信需接收到的最小信號水平）、輸出功率（能夠輸出的信號水平）、抗干擾度（在存在干擾的情況下在給定頻道中通信的能力）來(lái)進(jìn)行評價(jià)。對于無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品，靈活性和可編程能力通常會(huì )增加其復雜性，因而，開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具(包括硬件工具和軟件工具)必須便于使用和理解，盡可能最大化實(shí)現其作為接口的功能。好的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品應該是低能耗，比原有系統更加節能的系統。這也是衡量無(wú)線(xiàn)技術(shù)可靠性的一個(gè)重要標準。在傳輸距離方面，當然必須要滿(mǎn)足要求并且保證信號的強度。

    經(jīng)過(guò)比較和多家公司比較，綜合考慮產(chǎn)品性?xún)r(jià)比，該項目選擇了菲尼克斯電氣Trusted Wireless無(wú)線(xiàn)IO產(chǎn)品。

    產(chǎn)品方案見(jiàn)表1。

    該方案采用的無(wú)線(xiàn)IO產(chǎn)品，無(wú)需任何的編程和組態(tài)，收發(fā)兩端天線(xiàn)對準后，信號即建立了連接，現場(chǎng)側傳感器4~20mA信號直接接入發(fā)射器模擬量輸入點(diǎn)，控制室模擬量輸出模塊對應點(diǎn)輸出4~20mA，接入PLC的AI卡件即可。

    Trusted Wireless是專(zhuān)為流程工業(yè)設計的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，這種技術(shù)的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品采用ISM 2.4G~2.4835GHz免費頻段，無(wú)需向無(wú)線(xiàn)電管理局申請頻段、繳納費用，而且一般的點(diǎn)焊，電弧焊、變頻器、RFID等工業(yè)場(chǎng)合常見(jiàn)干擾的基本頻率和諧波都無(wú)法達到這一水平，并且采用FHSS（跳頻擴頻）技術(shù)，數據傳輸使用FEC（前向糾錯）和CRC（循環(huán)冗余校驗），保證了數據傳輸的可靠。特別是對于模擬量信號的傳輸，分辨率達到了16位。

    圖2安裝在支架上的就是現場(chǎng)側無(wú)線(xiàn)電氣柜，圈中為天線(xiàn)，圖4為控制室電氣柜。共兩套，另一套用于另一個(gè)高位水池。

                 

                                   圖4
    4 使用效果

    該無(wú)線(xiàn)監控系統已經(jīng)運行約半年時(shí)間，運行效果良好，達到了預期的要求，并且避免了耗時(shí)、耗力、耗財的有線(xiàn)布線(xiàn)方式，節省了綜合成本，縮短了工期，解決了現場(chǎng)電磁場(chǎng)對信號的干擾問(wèn)題，信號準確、可靠。


                                                      源自：《自動(dòng)化博覽》