在采礦或礦石加工工廠(chǎng)中凡涉及到設計、操作、維護或升級的工作人員都十分熱衷于無(wú)線(xiàn)技術(shù)，因為它消除了阻隔重要信息傳遞的屏障。在保護工作人員的人身安全、滿(mǎn)足環(huán)境法規要求、管理工廠(chǎng)安全、跟蹤工廠(chǎng)人員和設備、提高設備維護效率等方面，無(wú)線(xiàn)通訊發(fā)揮了積極的作用。

    無(wú)線(xiàn)方案的成本結構讓人驚嘆，用戶(hù)對于它帶來(lái)的節省可以一目了然--- 由于沒(méi)有了接線(xiàn)和相關(guān)的工程及文檔費用，無(wú)線(xiàn)方案與有線(xiàn)方案相比，可節省90%以上的安裝成本。 許多應用過(guò)去需要花費高昂成本，而現在可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)技術(shù)變得經(jīng)濟可行。讓我們來(lái)舉2個(gè)例子，一個(gè)是對安全噴淋進(jìn)行連續監測，以提示操作人員其是否處于可用狀態(tài)；另一個(gè)是監測臭氣，以確保排放符合環(huán)境法規。

    在許多應用案例中，無(wú)線(xiàn)變送器可解決以往安裝有線(xiàn)設備費用高昂或技術(shù)上無(wú)法實(shí)現的困境。例如監測旋轉反應爐的溫度或是在嚴酷工況中測量過(guò)程參數。操作人員還可通過(guò)無(wú)線(xiàn)技術(shù)從難以到達的區域獲得遠程信息，大大提高了工作的靈活性。

    根據Venture Development公司在2008年底對微波工業(yè)中監測及控制設備的無(wú)線(xiàn)頻率研究顯示，正是無(wú)線(xiàn)通訊的這些特性推動(dòng)了工業(yè)無(wú)線(xiàn)應用的升溫，他們認為工業(yè)無(wú)線(xiàn)的應用在2007年到2012年之間將以每年19%的速度增長(cháng)。

    于此同時(shí)，礦業(yè)廠(chǎng)商對于工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統的適用性、可靠性和安全性也提出了很多問(wèn)題，諸如：無(wú)線(xiàn)能做什么？它是否安全可靠？無(wú)線(xiàn)儀表是否能適應嚴酷的工況？無(wú)線(xiàn)技術(shù)能否能靈活適應采礦業(yè)的應用需求？

無(wú)線(xiàn)的定義

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)可在以下兩大方面對采礦業(yè)產(chǎn)生重大影響：基于傳感器和現場(chǎng)儀表的無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )和應用于業(yè)務(wù)管理的工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )。

    無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )- 具有自組織網(wǎng)絡(luò )結構的無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )基于WirelessHART通訊標準，安裝簡(jiǎn)便，無(wú)需現場(chǎng)勘查，可輕松獲取測量和診斷數據。WirelessHART標準于2007年9月由200多家HART通訊基金會(huì )成員公司共同通過(guò)，它是專(zhuān)為過(guò)程工業(yè)，包括采礦業(yè)而設計的。WirelessHART被著(zhù)名的咨詢(xún)公司ARC譽(yù)為自動(dòng)化3大趨勢之一。

    WirelessHART設備只需很小的帶寬，就能達到很高的通訊性能。無(wú)線(xiàn)通訊采用的是經(jīng)過(guò)驗證的工業(yè)技術(shù)，并且在設計時(shí)充分考慮了安全性和可靠性。其自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )為現場(chǎng)儀表的相互通訊提供了平臺，最大限度地確保了網(wǎng)絡(luò )的集成，不讓任何一個(gè)信號點(diǎn)出現問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò )中每臺設備都可以是一個(gè)連接點(diǎn)，它們會(huì )自動(dòng)尋找最佳的通訊路徑，如果出現臨時(shí)障礙擋住通訊路徑，鄰近的設備會(huì )自動(dòng)建立新的通訊路徑繼續傳遞信號，使數據傳遞的可靠性達到99%以上。

    在規劃無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，無(wú)需預先對無(wú)線(xiàn)電頻率進(jìn)行現場(chǎng)勘查，自組織網(wǎng)絡(luò )可令通訊暢通無(wú)阻，尤其在金屬密度很高的工廠(chǎng)環(huán)境中，自組織網(wǎng)絡(luò )更可以大顯伸手。

    電池壽命也是需要考慮的一項重要技術(shù)指標。所有無(wú)線(xiàn)設備都可設置成省電模式，以延長(cháng)其使用壽命，電池的使用時(shí)間取決于設備傳遞數據的頻率。當前的電池技術(shù)結合了能效測量?jì)x器，可使大多數應用于溫度和液位測量的無(wú)線(xiàn)設備電池壽命延長(cháng)到10年。無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)結構非常經(jīng)濟而且可方便地將現場(chǎng)數據與自動(dòng)化系統或資產(chǎn)管理進(jìn)行整合。無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備可廣泛分布在工廠(chǎng)的邊緣地區，穿越公路、河道或安裝在鐵路槽車(chē)、船支及卡車(chē)等移動(dòng)平臺上，用以收集過(guò)程信息，這是有線(xiàn)設備無(wú)法做到的。

    無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )基于IEEE802.11標準，采用網(wǎng)狀WiFi技術(shù)，以經(jīng)濟的成本為工廠(chǎng)運行搭建戶(hù)外無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )為各種固定和移動(dòng)應用提供了安全、高帶寬、可靠和靈活的獲取信息的方式，如過(guò)程監測、資產(chǎn)跟蹤、視頻監視、音頻通訊等。典型的無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)結構一般由網(wǎng)狀接入點(diǎn)、局域網(wǎng)控制器和網(wǎng)絡(luò )管理軟件組成。

    在使用無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，安全是一個(gè)重要考慮因素。幸運的是，應用于工業(yè)的無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)應運而生。為了防止無(wú)線(xiàn)竅聽(tīng)和其它外部攻擊，所有數據傳輸都進(jìn)行加密和用戶(hù)授權，所采用的安全標準和協(xié)議均符合802.11i、WPA2和AES。

    無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的另一個(gè)要求就是可靠。采用智能化的路徑協(xié)議來(lái)建立和維護無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，為網(wǎng)絡(luò )提供自愈合、自修復和抗干擾等功能。遠程接入點(diǎn)可在網(wǎng)絡(luò )中選擇最佳通訊路徑，降低無(wú)線(xiàn)電頻率的干擾，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )容量最大化。

問(wèn)答

無(wú)線(xiàn)到底可以做什么？

    在有線(xiàn)設備無(wú)法到達的區域、危險區域，沒(méi)有電源或是無(wú)法布線(xiàn)的區域，無(wú)線(xiàn)設備可以更快更方便地進(jìn)行安裝。由此獲取的數據將縮短工作人員對設備故障的響應時(shí)間，甚至可預測即將發(fā)生的問(wèn)題，從而避免非計劃停車(chē)。隨之帶來(lái)的好處還包括更多地了解過(guò)程狀況和更高的工廠(chǎng)性能，最終達到了節省成本提高效率的目的。

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)為獲取有用信息提供了更為有效和簡(jiǎn)單的方法。例如，工作人員可在任何地方訪(fǎng)問(wèn)和操作各種數據；可對廠(chǎng)區內的人員和設備進(jìn)行連續監視；安全系統確保所有訪(fǎng)問(wèn)都經(jīng)過(guò)授權；攝像頭不但用來(lái)監測圍墻，還可監測過(guò)程。無(wú)線(xiàn)技術(shù)以方便經(jīng)濟地方式讓工作人員更好地了解過(guò)程狀況。

無(wú)線(xiàn)數據是否可靠？

    任何一種無(wú)線(xiàn)系統的可靠性都取決于其信息的傳遞能力，尤其是遇到設備故障或視線(xiàn)距離路徑被阻擋的情況。與點(diǎn)到點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)系統不同，艾默生的智能無(wú)線(xiàn)方案采用的是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )結構，它的通訊路徑不是唯一的，而是冗余的，這就大大提高了通訊的可靠性，在無(wú)線(xiàn)設備與網(wǎng)關(guān)之間無(wú)論是出現了臨時(shí)的還是永久性的障礙，都不會(huì )影響通訊。事實(shí)上，自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現99%以上的網(wǎng)絡(luò )可靠性。

無(wú)線(xiàn)設備是否適用于采礦和礦石加工這種嚴酷工況？

    艾默生的無(wú)線(xiàn)設備已成功應用于加拿大北部的油砂控制，這是全球環(huán)境最?lèi)毫拥牡胤街?；在澳大利亞無(wú)線(xiàn)設備曾用來(lái)監測卸船用海上瀝青輸送管道上的加熱裝置；在西弗吉尼亞，無(wú)線(xiàn)設備抵御了軋鋼機的高溫和潮濕。無(wú)論面對怎樣的挑戰，無(wú)線(xiàn)裝置的可靠性始終高于90%。

對于采礦和礦石加工工業(yè)，無(wú)線(xiàn)是否具有足夠的靈活性？

    開(kāi)放性是WirelessHART標準最大的好處。無(wú)論是供應商還是最終用戶(hù)都可以對無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品及其應用進(jìn)行有益的創(chuàng )新和開(kāi)發(fā)。

無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的應用

    目前無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備主要應用于以下2個(gè)方面：
    必須新增加的測量
    點(diǎn)希望增加的測量點(diǎn)

    為了滿(mǎn)足環(huán)境和安全法規，有時(shí)必須增加新的測點(diǎn)，例如根據法律要求測量遠程區域的流量、儲罐液位以及排污質(zhì)量。法規的制定者不會(huì )考慮因此帶來(lái)的挑戰，他們只關(guān)心是否符合法規。

    位于阿拉巴馬的一家煉油廠(chǎng)需要監測排放到河道的冷卻水溫度，這時(shí)只需一臺羅斯蒙特無(wú)線(xiàn)變送器就能監測回流水溫，以確保排放符合當地法規，并連續地將數據傳輸到與集散控制系統相連的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)上。

    希望增加的測點(diǎn)是指以前需要花費高昂成本才能實(shí)現的測量，通常情況，在建設過(guò)程工廠(chǎng)時(shí)，往往有一些設計好的測量點(diǎn)因成本原因，最終就不連了，但之后，操作人員還是會(huì )覺(jué)得有很多參數需要連續測量，以提高工廠(chǎng)性能。由于無(wú)線(xiàn)設備的安裝不需高昂的成本，從這些測量點(diǎn)獲取信息也隨即成為可能。

    以前，技術(shù)人員需要定時(shí)前往現場(chǎng)記錄遠程設備的測量讀數，這樣做很費時(shí)。例如在一家礦石加工廠(chǎng)內，需要對加熱溶出液的熱交換爐進(jìn)行連續監測防止內部結圬，然而過(guò)去獲得數據的速度不夠快，而且現場(chǎng)數據記錄儀無(wú)法對異常狀況進(jìn)行提示，也不能提供趨勢信息。安裝無(wú)線(xiàn)壓力變送器后，可對4臺溶出液加熱裝置之間的壓差進(jìn)行連續監測，同時(shí)將數據傳至艾默生智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，使用至今運行良好，除了暴雨及極端惡劣天氣外，網(wǎng)絡(luò )的可靠性達到了100%。

    另一個(gè)典型案例是對旋轉設備進(jìn)行連續振動(dòng)監測，過(guò)去唯一獲取數據進(jìn)行分析的途徑是定時(shí)去現場(chǎng)記錄，新的無(wú)線(xiàn)振動(dòng)監測設備可實(shí)現對遠程電機和泵的進(jìn)一步掌控，這將有望成為無(wú)線(xiàn)在采礦行業(yè)的主要應用。

    無(wú)線(xiàn)閥位監測器在礦石加工中也起到了積極的作用，在很多工廠(chǎng)中，閥門(mén)都是手動(dòng)操作或半自動(dòng)的，基本無(wú)法進(jìn)行監控，受成本和地理位置等限制，更談不上提供診斷信息了，由于錯誤的閥位會(huì )引發(fā)安全事故，因此設備診斷非常重要。

    給控制閥增加無(wú)線(xiàn)通訊功能的另一個(gè)原因是希望獲得閥門(mén)的狀態(tài)信息。對于在運行過(guò)程中的控制閥，由于無(wú)法看到控制閥的內部情況，所以不能判斷它是否運行良好。例如，閥門(mén)的行程偏差是無(wú)法通過(guò)外部觀(guān)察進(jìn)行判斷的，除非是借助智能閥門(mén)控制器或將閥門(mén)拆下，當偏差超過(guò)5%而且持續5秒以上才可以斷定有故障了。

    對于處在偏遠或難以到達地區的閥門(mén)來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)無(wú)疑是最佳的也是最經(jīng)濟的一種提高響應速度和過(guò)程效率的通訊方法。與有線(xiàn)方案相比，無(wú)線(xiàn)方案可節省90%的安裝費用，這使得無(wú)線(xiàn)的應用到了越來(lái)越多的關(guān)注。

無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )應用

    采用無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )，工廠(chǎng)中的移動(dòng)作業(yè)人員能夠始終與控制系統和管理系統保持有效和及時(shí)的通訊。例如，現場(chǎng)操作人員和維護人員可在現場(chǎng)通過(guò)筆記本電腦或掌上電腦無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程數據和業(yè)務(wù)管理系統。在現場(chǎng)的工作人員還可以根據實(shí)時(shí)的工作指令進(jìn)行操作，利用過(guò)程數據和設備數據排除故障；直接把工作報告存檔；獲取材料和設備的條形碼信息。這一切都將提高工廠(chǎng)工作人員的工作效率，尤其是采礦廠(chǎng)，工作人員通常都在現場(chǎng)工作。

    位置跟蹤。位置跟蹤融合了多種視頻技術(shù)，采用標準的WiFi通訊協(xié)議和先進(jìn)的定位引擎，對廠(chǎng)區內的人員和設備進(jìn)行跟蹤。這項功能提高了人員和工廠(chǎng)資產(chǎn)的安全性，優(yōu)化了對危險區域重要設備的管理。如果發(fā)布了緊急撤離指令，無(wú)線(xiàn)跟蹤系統就能自動(dòng)識別和記錄有哪些工作人員已經(jīng)趕到召集站了。這種功能還可用于記錄工作人員進(jìn)出危險場(chǎng)所和禁區的情況。

    艾默生的位置跟蹤系統是專(zhuān)門(mén)為危險環(huán)境而設計的，采用標準的WiFi網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )傳遞實(shí)時(shí)的位置信息。位置信號接受器、激勵器和RFID標簽可精確地監測采礦廠(chǎng)內的人員和設備位置，WiFi、超寬帶、GPS、阻塞點(diǎn)（choke-pint）以及RFID等技術(shù)都被整合到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中。尋找設備的時(shí)間大大節省了，由于檢修、突發(fā)事件和新的工程項目引起的生產(chǎn)中斷和延遲也將顯著(zhù)減少。

    關(guān)鍵業(yè)務(wù)的視頻文件可通過(guò)無(wú)線(xiàn)技術(shù)靈活地傳送到控制室、辦公室和其它地方，這是有線(xiàn)技術(shù)無(wú)法實(shí)現的。與派遣人員進(jìn)行現場(chǎng)巡視相比，無(wú)線(xiàn)高數據流視頻系統是一種更快、更簡(jiǎn)單而且成本更低的過(guò)程監視方法。

    語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)可支持無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的移動(dòng)語(yǔ)音通訊。IP電話(huà)的使用就像一般的手機，只不過(guò)通話(huà)是采用網(wǎng)絡(luò )語(yǔ)音協(xié)議通過(guò)無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現的。

    語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)更適合于移動(dòng)的現場(chǎng)作業(yè)人員接受工作指令和緊急命令。管理人員和操作人員之間的即時(shí)通訊能夠促進(jìn)開(kāi)車(chē)和停車(chē)階段的溝通和協(xié)調。語(yǔ)音IP電話(huà)使現場(chǎng)人員能夠始終保持聯(lián)絡(luò )，一旦發(fā)生緊急情況，可立即發(fā)送求救信號，救援小組也能立刻收到實(shí)時(shí)信息。

    語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)使無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的使用得到了推進(jìn)，它可以提供語(yǔ)音和數據服務(wù)，而無(wú)需支付網(wǎng)絡(luò )月租費，它的投資成本要低于其它通訊方式。

目標/結果

    無(wú)線(xiàn)方案的可靠性、低安裝成本和工業(yè)級安全標準吸引了諸多采礦企業(yè)。和其它工業(yè)企業(yè)一樣，他們希望通過(guò)無(wú)線(xiàn)技術(shù)降低成本、提高效率和生產(chǎn)能力、減少非計劃停車(chē)。無(wú)線(xiàn)技術(shù)還具有以下優(yōu)勢：

    可以從無(wú)法到達的測點(diǎn)獲取更多更好的數據
    更快地響應設備故障
    進(jìn)一步了解過(guò)程狀況
    無(wú)需電纜和接線(xiàn)，降低安裝成本
    降低維護成本
    對于變化的響應更靈活

    據分析，采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)可提高質(zhì)量、產(chǎn)量和效率，同時(shí)降低運行成本、維護成本以及安全健康環(huán)保的管理成本。

如何起步

    大多數儀表供應商都支持WirelessHART標準，并可為采礦企業(yè)的無(wú)線(xiàn)應用提供服務(wù)。艾默生是目前唯一一家能夠提供集標準化無(wú)線(xiàn)設備和控制系統于一體的自動(dòng)化系統供應商。艾默生不僅能提供智能無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備，而且還提供智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，它能夠接收至多99臺變送器發(fā)送的信息，并將這些信息集成到自動(dòng)化系統中。此外，通過(guò)AMS Suite預測維護軟件的設備診斷信息，工作人員能夠確定設備何時(shí)需要維護，從而方便地管理工廠(chǎng)設備。

    為了讓感興趣的用戶(hù)不需要做太多投資就能體驗無(wú)線(xiàn)技術(shù)，艾默生推出了SmartPack無(wú)線(xiàn)啟動(dòng)包，它配置了基本的無(wú)線(xiàn)變送器、一臺智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和調試自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )的說(shuō)明書(shū)，有了這些就能搭建起一個(gè)功能齊備的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )了。

關(guān)于艾默生過(guò)程管理

    艾默生過(guò)程管理www.EmersonProcess.com  （全球）、www.EmersonProcess.cn （中國）是艾默生業(yè)務(wù)的一部分，其在化工、石油天然氣、煉油、紙漿和造紙、電力、食品與飲料、制藥和其它的工業(yè)的自動(dòng)化領(lǐng)域中居于領(lǐng)先地位。針對特定的工業(yè)行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)、咨詢(xún)、項目管理和維護服務(wù)。艾默生過(guò)程管理公司的品牌包括: PlantWeb®, DeltaV™, Ovation®, Fisher®, Micro Motion®, Rosemount®, Mobrey®, Daniel®, Bristol®, 和 AMS™ Suite.

關(guān)于艾默生

    總部位于美國圣路易斯市的艾默生（紐約證券交易所股票代碼:EMR）是一家全球領(lǐng)先的公司，該公司將技術(shù)與工程相結合，在網(wǎng)絡(luò )能源、過(guò)程管理、工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境優(yōu)化技術(shù)及家電和工具等領(lǐng)域為客戶(hù)提供創(chuàng )新性的解決方案。公司 2009 財年的銷(xiāo)售額達 209 億美元，并在《財富》美國 500 強最大企業(yè)排名中名列第 94 位。如欲了解進(jìn)一步信息，歡迎訪(fǎng)問(wèn) www.Emerson.com （全球）、www.Emerson.com.cn （中國）。