[摘要] 華能上海石洞口第一電廠(chǎng)熱控專(zhuān)業(yè)大膽采用新技術(shù)，將艾默生智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用于電廠(chǎng)除灰系統現場(chǎng)設備改造。無(wú)線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)單易用，加上對現有控制系統有充分了解，因此，熱控人員在短短的兩三天內就完成了改造施工和調試，將現有的PLC控制系統與無(wú)線(xiàn)技術(shù)無(wú)縫連接起來(lái)。

　　[關(guān)鍵詞] 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān) 控制方案 無(wú)線(xiàn)頻率 網(wǎng)絡(luò )可靠性 發(fā)展趨勢

　　1 系統概況

　　華能上海石洞口第一電廠(chǎng)除灰系統主要由倉泵出灰和灰庫等系統構成，系統控制由PLC完成。由于歷史原因，除灰控制系統原先并不屬熱控管轄范圍，系統設計理念陳舊，模擬量信號少，自動(dòng)化水平較低。

　　2008年熱控專(zhuān)業(yè)對除灰控制系統進(jìn)行了一次改造，控制范圍囊括了四臺爐的氣力輸灰、灰庫、灰漿系統。上位機HMI部分改為標準的客戶(hù)機/服務(wù)器結構，配置六個(gè)客戶(hù)端，兩個(gè)冗余服務(wù)器，一個(gè)工程師站和一個(gè)數據庫服務(wù)器。運行人員在客戶(hù)端進(jìn)行操作，畫(huà)面由服務(wù)器提供，工程師站修改程序和畫(huà)面。任何修改只要在工程師站完成，運行人員只要切換畫(huà)面就能對操作畫(huà)面進(jìn)行更新，不需要重啟計算機。

　　為了提升除灰系統的自動(dòng)化水平，這一輪改造后，熱控專(zhuān)業(yè)又著(zhù)手對就地設備進(jìn)行完善。但由于原除灰系統自動(dòng)化水平低，運行人員長(cháng)期手動(dòng)操作，無(wú)法對現場(chǎng)設備提出控制要求。因此我們通過(guò)對就地設備的觀(guān)察，決定增加庫頂風(fēng)機壓差信號、庫底流化風(fēng)機和斜槽流化風(fēng)機壓力信號。

　　2 應用工程簡(jiǎn)介

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)技術(shù)得到了長(cháng)足的發(fā)展，過(guò)程控制領(lǐng)域出現了諸多無(wú)線(xiàn)設備，如無(wú)線(xiàn)壓力、差壓變送器、溫度變送器、無(wú)線(xiàn)定位器等。艾默生的智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)就是其中的一個(gè)代表。華能上海石洞口第一電廠(chǎng)熱控專(zhuān)業(yè)一貫關(guān)注新技術(shù)，考慮到此次改造在灰庫上敷設電纜確實(shí)比較困難，因此決定嘗試一下無(wú)線(xiàn)這樣的新技術(shù)。由于發(fā)電廠(chǎng)普遍采用艾默生的羅斯蒙特變送器，我們此次還是選擇了羅斯蒙特無(wú)線(xiàn)變送器。艾默生以合理的價(jià)格提供了無(wú)線(xiàn)變送器及相關(guān)設備。

 
　　無(wú)線(xiàn)硬件由無(wú)線(xiàn)變送器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)1420構成，單個(gè)無(wú)線(xiàn)設備之間的可視距離可以達到228米，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和上位控制系統之間有線(xiàn)連接，通訊方式有Modbus 485、Modbus TCP/IP及OPC。上面是羅斯蒙特提供的無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案示意圖，整個(gè)現場(chǎng)設備的改造方案最初設計九臺變送器，后來(lái)由于設計方案的變動(dòng)只用了五臺。設備到貨后，整個(gè)無(wú)線(xiàn)設備系統的安裝與調試完全由熱控工程師完成，期間只是就相關(guān)技術(shù)問(wèn)題咨詢(xún)了艾默生相關(guān)技術(shù)人員。至此，我們在上海的電力系統做了第一個(gè)無(wú)線(xiàn)樣板工程。

　　3 無(wú)線(xiàn)通訊和系統安全性

　　3.1 無(wú)線(xiàn)頻率

　　通常使用的與過(guò)程工業(yè)相關(guān)的ISM頻段有三個(gè)：900MHz、868MHz以及2.4GHz。900MHz 頻率最常用于美國，868MHz頻段可以在歐洲大部分地區用于ISM通信，2.4GHz頻段則在全球范圍內適用。2.4GHz頻段實(shí)際上包括了從2.4GHz到2.4835GHz區間，同時(shí)，2.4GHz頻段也是Wi-Fi工作頻段。智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)就工作在這個(gè)頻段。

　　3.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可靠性與安全性

　　智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)的一大特點(diǎn)是采用了自組織網(wǎng)狀拓撲結構，而不是常見(jiàn)的點(diǎn)對點(diǎn)結構。點(diǎn)對點(diǎn)拓撲結構中，每一臺設備直接與網(wǎng)關(guān)通訊，設備與網(wǎng)關(guān)之間的通訊路徑要求完全可視，而這在現場(chǎng)是比較難以做到的；網(wǎng)狀拓撲結構中，每一臺無(wú)線(xiàn)設備都可以作為其他無(wú)線(xiàn)設備的中繼路由，設備與網(wǎng)關(guān)之間無(wú)需完全可視。同時(shí)自組織特性保證了網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)設備至少有兩個(gè)通訊路徑，一旦其中的一條通信路徑由于某種原因被中斷，網(wǎng)絡(luò )會(huì )自動(dòng)利用其它的路徑進(jìn)行通訊，從而確保了智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)在復雜的工廠(chǎng)環(huán)境中依然可靠。

　　智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)將2.4GHz頻段分成16個(gè)更窄的頻段，并采用跳頻技術(shù)，如果在其中的一個(gè)頻段檢測到干擾，網(wǎng)絡(luò )通訊將切換到另外一個(gè)頻段。同時(shí)智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)內置了數據加密與校驗，發(fā)送設備與接受設備之間也需要身份驗證，數據的訪(fǎng)問(wèn)也需要相應的權限才能進(jìn)行。

　　此外，值得一提的是，智能無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備完全由電池供電，這得益于對現場(chǎng)設備進(jìn)行的低功耗改造，使得無(wú)線(xiàn)裝置可以在現場(chǎng)連續工作數年而不用更換電池。其次，其采用的電池包含多項專(zhuān)利，具有本安、防短路等多項特性，可以在危險環(huán)境中隨意更換而無(wú)需采取特殊安全措施。

　　4 實(shí)施方案

　　4.1 廠(chǎng)家自身系統的連接

　　智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )由無(wú)線(xiàn)變送器和1420無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)構成。在完成簡(jiǎn)單的配置和現場(chǎng)設備安裝后，1420網(wǎng)關(guān)接通24VDC電源，變送器裝上電池，整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )就可以自動(dòng)上線(xiàn)。

　　4.2 無(wú)線(xiàn)與控制系統的連接

　　1420無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)是無(wú)線(xiàn)設備和現有控制系統之間的接口，從網(wǎng)關(guān)到主機的連接可以用多種方式接入，主要有Modbus RS485，Modbus TCP/IP或OPC。而改造后的除灰控制系統使用的是羅克韋爾AB系列PLC，人機接口部分為羅克韋爾FactoryTalk View通用HMI解決方案。由于 AB 系列PLC中沒(méi)有空余的485接口，因此本方案我們采用OPC的通訊方式。

　　5 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的配置

　　無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的配置相對比較簡(jiǎn)單，分現場(chǎng)設備的配置和網(wǎng)關(guān)的配置兩個(gè)環(huán)節?，F場(chǎng)設備的配置主要是Join Key、Network ID及數據刷新速率等的配置，Join Key和Network ID分別為和無(wú)線(xiàn)設備通訊的握手密碼和網(wǎng)絡(luò )標識，可以使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)的默認值，數據刷新速率根據實(shí)際需要確定。這些參數的設定可以通過(guò)支持無(wú)線(xiàn)版本的HART 375手操器進(jìn)行，也可以在隨機配備的無(wú)線(xiàn)配置軟件中進(jìn)行設置。

　　網(wǎng)關(guān)的配置需要從筆記本電腦登陸1420網(wǎng)關(guān)進(jìn)行，需要注意的是直接連接筆記本電腦和網(wǎng)關(guān)要使用隨機配備的交叉網(wǎng)線(xiàn)。網(wǎng)關(guān)的登陸地址為其IP地址，默認為https://192.168.1.10。輸入用戶(hù)名和密碼登陸后就可以根據需要修改IP地址，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)需更改IP地址，但對于將網(wǎng)關(guān)集成到現有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )中的，網(wǎng)關(guān)IP地址就需要改到相應網(wǎng)段內的空余IP地址。PLC控制系統中，系統服務(wù)器的IP地址分別為192.168.0.1和 192.168.0.3，客戶(hù)端的地址是192.168.0.5，因此，我們把無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)IP地址改為192.168.0.10。

　　6 無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品與控制系統的集成

　　Emerson智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)內嵌軟件（版本3.8.9），對網(wǎng)關(guān)及無(wú)線(xiàn)系統的設置與瀏覽通過(guò)IE瀏覽器進(jìn)行，無(wú)需其他軟件，分別在Setup—>Internet protocol中設置IP地址為192.168.0.10，在Setup—>HART中設置儀表參數，在Setup—>OPC中設置要映射上傳到上位機的變量。整個(gè)過(guò)程較簡(jiǎn)潔。

　　在A(yíng)B系列 PLC控制系統一側，只需在HMI軟件FactoryTalk View Studio中新建OPC，并選擇EmersonProcess.GatewayOPCServerDA.3，在FactoryTalk View Studio中運行Tag Browser，新建Tag點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)中新建OPC中的Tag點(diǎn)（如下圖：192_168_0_10中Tag點(diǎn)）進(jìn)行連接并進(jìn)行HMI畫(huà)面組態(tài)，就能正確顯示測量值。

　　下面是改造后的控制及無(wú)線(xiàn)系統圖

　　7 無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的應用及評價(jià)

　　Emerson的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品有常用的壓力、溫度、流量、液位（料位）變送器 、分析儀表和定位器等，基本涵蓋了熱控常用的測量信號。無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，首先是費用的節省、人工、電纜和穿線(xiàn)管等就地施工費用的節省，也不需要購買(mǎi)模擬量卡件，施工及調試的時(shí)間也大大縮短。

　　用戶(hù)首先要熟悉自己的控制系統，而且用戶(hù)有權選擇自己喜歡熟悉的產(chǎn)品。對于自動(dòng)化行業(yè)來(lái)說(shuō)，這個(gè)公司的產(chǎn)品能提供的某些功能，別的公司也能提供，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是我們如何正確靈活地運用這些產(chǎn)品，拓寬思路，使自動(dòng)化的應用水平更上一層樓。

　　至于從安全的角度來(lái)看，由于現在都是小范圍使用，沒(méi)有超過(guò)100臺，都不需要復雜多樣的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )冗余方案。建議無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)布置在離接收設備較近，離控制系統稍遠的位置。

　　無(wú)線(xiàn)技術(shù)目前主要應用于無(wú)人值守的信號監視和電力系統的熱力實(shí)驗等。當然了，迄今為止無(wú)線(xiàn)技術(shù)仍未在工廠(chǎng)內部廣泛采用。人們擔心無(wú)線(xiàn)系統的可靠性、安全性以及電池的壽命，即使在傳統的有線(xiàn)技術(shù)方案成本高昂的情況下也不愿意冒風(fēng)險去應用嘗試新產(chǎn)品。

　　8 未來(lái)展望

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)設備及無(wú)線(xiàn)電力輸出技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，人們曾經(jīng)擔心的這些新技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用，越來(lái)越被認可，甚至作為一種標準得到逐步加強。

　　互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生和發(fā)展，也帶動(dòng)了社會(huì )、家庭及自動(dòng)控制對互聯(lián)網(wǎng)的需求和依賴(lài)，互聯(lián)網(wǎng)從2G到3G，這種局面也隨之改變。在許多領(lǐng)域的操作中，人們正在將目光投向無(wú)線(xiàn)技術(shù)，未來(lái)無(wú)線(xiàn)技術(shù)將被普遍應用到各種產(chǎn)品中去。