“我們做出戰(zhàn)略性的抉擇，從客戶可以快捷方便地獲得回報的地方開始，”在談到幾年前開發(fā)的儀表級無線自組織解決方案時，艾默生過程管理無線技術(shù)副總裁BobKarschnia 這樣說道：“這是由于現(xiàn)場傳感器網(wǎng)絡(luò)非常容易安裝，可以給企業(yè)帶來可觀的價值，而且無需考慮工廠層面的儀表基礎(chǔ)設(shè)施。”

然而，無線現(xiàn)場設(shè)備并不只是不同類型的變送器，而是在技術(shù)上真正有所突破、并且切實可行的產(chǎn)品。正如艾默生過程管理首席戰(zhàn)略官Peter Zornio 指出：“無線技術(shù)的大面積推廣有賴于它能真正意義上讓用戶毫無障礙地拓展信息渠道并有效地管理這些信息流。無線技術(shù)的新功能得到充分使用后，可以完善工廠的工作流程和操作實踐。這是新技術(shù)的生命力所在。”

確實，長期以來，過程控制戰(zhàn)略受到以下儀表成本的約束而進展緩慢：變送器本身、安裝成本和時間、以及中央控制室和分散型控制系統(tǒng)(DCS)輸入/輸出(I/O)硬件的連接電線電纜等。近年來，隨著I/O成本的不斷下降，投入變送器的費用已逐步減少，但是從設(shè)備到控制系統(tǒng)的接線仍然是一種限制因素。

“無線設(shè)備安裝時間一般只需要2 小時，而有線設(shè)備則需要2 天。” —— Geir Le on Vadheim(StatoiHydro 公司)

這是一個多么驚人的限制性因素!由于巨大的電線電纜成本所限制，過去我們只得放棄對許多輔助過程變量的測量。今天，無線技術(shù)解決方案可以使用戶只需少量投資，便可以訪問以前迫于經(jīng)濟條件而無法測量的變量和過程參數(shù)。按使用有線技術(shù)測量來計算，無線技術(shù)解決方案的安裝成本估計可以節(jié)省近90%。

快捷方便地增加新的測量點

在 SatoiHydro 公司的Grane 號海上鉆井平臺上(上圖)，一大批無線變送器通過快捷方便的安裝，在嚴(yán)酷的工作環(huán)境中正常運行。經(jīng)過對客戶的短期培訓(xùn)，我們的儀表工程師非常自信地表示：可以按客戶要求，在現(xiàn)有條件下再安裝更多的無線設(shè)備。“無線設(shè)備安裝時間一般只需要2 小時，而傳統(tǒng)的有線設(shè)備則需要2 天。”StatoiHydro 公司儀表負責(zé)人Geir LeonVadheim 這樣表示。

無線技術(shù)可以大幅度降低測量成本

無線技術(shù)總的安裝成本可以降低近90%，大幅度地改變增加測量點的成本和獲益的性價比。如要了解節(jié)省多少費用，請訪問ww.EmersonProcess.com/SmartWirelss 使用艾默生無線方案節(jié)省計算器。

先行者已開始起跑

較早使用無線設(shè)備的用戶已經(jīng)可以實現(xiàn)許多這樣的測量，而且這些測量信息并不完全都是傳統(tǒng)意義上的模擬過程變量。例如有一位用戶將無線技術(shù)應(yīng)用于實時了解泄壓閥的打開和關(guān)閉時間，這將有效降低因意外排污而受到環(huán)保部門罰款的可能性。

另外一位較早使用無線方案的用戶是將無線設(shè)備用于向中央控制室的操作人員指示緊急停車按鈕、壓力和溫度開關(guān)以及其它報警器的激活情況。

還有將無線設(shè)備應(yīng)用于遠程監(jiān)視水溫和壓力以及安全噴淋器工作的。在人員定位系統(tǒng)的配合下，操作員甚至可以確定哪一個人啟動了安全噴淋器，以便更快更有效地派人到現(xiàn)場提供必要的幫助。

“無論油罐車在現(xiàn)場哪個地方，傳輸質(zhì)量都不受影響，而且信號可以無縫地連接至我們的控制系統(tǒng)。”-Denny Fetters(Croda 公司)

有些用戶也將無線設(shè)備用于監(jiān)視其它過程變量，優(yōu)化過程運行條件。如果要求用電線電纜將溫度、壓力和流量測量的指示信號連接至操作員機柜，巨大的投資費用將使人望而興嘆，只得放棄?，F(xiàn)在無線技術(shù)可以使之成為現(xiàn)實。

在 StatoiHydro 公司的Grane 號海上鉆井平臺上，無線變送器安裝在狹窄的嚴(yán)酷工況中，成功地用于監(jiān)視井口和熱交換器壓力，達到百分之百的可靠性和穩(wěn)定性。“我們對艾默生智能無線設(shè)備在如此具有挑戰(zhàn)的環(huán)境條件下的使用性能深感滿意，”該公司的儀表負責(zé)人Geir LeonVadheim 如此評價。“經(jīng)過短期培訓(xùn)，我們的儀表工程師非常自信地表示，可以按要求在現(xiàn)有條件下再安裝更多的無線設(shè)備。無線設(shè)備安裝時間一般只需要約2 小時，而傳統(tǒng)的有線設(shè)備則需要2 天。”

無線適配器擬釋放HART 診斷信息

無線適配器被稱為“THUM”，部分原因是其外形類似于拇指(譯注：thum 的意思是拇指)。這一其貌不揚的小部件用于現(xiàn)存的HART 設(shè)備，從4-20 mA 信號中分流儀表診斷信息和其它信息，然后通過WirelessHART 輸入主機系統(tǒng)。

獲得標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)

估計全球約有 2600 萬臺有線HART 設(shè)備已安裝并投入運行。但不到25%的HART 設(shè)備能將數(shù)字數(shù)據(jù)包括診斷信息等傳送到控制系統(tǒng)或設(shè)備管理系統(tǒng)中。多年來，要將數(shù)字信息流傳送到為接受模擬數(shù)據(jù)流而設(shè)計的控制器或系統(tǒng)中一直是非常困難的。

但是，如果有了 WirelessHART 適配器，如艾默生不久將發(fā)布的Smart Wireless THUMTM 適配器，所有這一切都將發(fā)生根本性的改變。THUM.適配器屬于4-20 mA DC 回路設(shè)備，通常固定在不使用的變送器線槽端口。它從回路中獲得電源，并且從現(xiàn)場設(shè)備中獲得HART 數(shù)字數(shù)據(jù)，然后通過WirelessHART 協(xié)議與網(wǎng)關(guān)通訊，并將信息傳送到主機系統(tǒng)。

測量以前不能實現(xiàn)的測量

Croda 公司是一家國際性的專業(yè)化學(xué)品制造商，使用安裝在化學(xué)品槽車上的艾默生無線溫度變送器，實時地將數(shù)據(jù)輸入主機系統(tǒng)，極大地提高了過程性能和總體安全性。

由于槽車經(jīng)常處于流動狀態(tài)，用硬導(dǎo)線連接溫度傳感器幾乎是不可能的。以前，操作員須每天爬到每一輛槽車的頂部，檢測溫度和記錄讀數(shù)，這是一項費時費力的工作，在潮濕或冰雪天氣時，還存在操作員滑倒或墜落的事故隱患。無線溫度變送器會實時地提醒操作員注意槽車的任何異常溫升現(xiàn)象，如此每年可以節(jié)省維修保養(yǎng)費用約15,000 美元。

“無線解決方案不僅節(jié)省大量的時間和費用，而且由于操作員再也不必每天監(jiān)視那些槽車，故提高了整個公司和人員的安全性，”Croda 公司儀表和電氣設(shè)計師Denny Fetters如此稱贊無線設(shè)備。“無論槽

車在工地的任何一個地方，信號傳送質(zhì)量絲毫不受影響，而且可以無縫接入公司的控制系統(tǒng)。”

變夢想為現(xiàn)實

在 PPG 公司，無線溫度變送器正在實時有效地監(jiān)視蒸汽聯(lián)箱的溫度曲線。按高級設(shè)計工程師Tim Gerami 的說法，這是以前夢寐以求的一個情景，但當(dāng)時苦于無法實現(xiàn)。PPG公司的工程師還想將無線設(shè)備用于那些與工廠優(yōu)化和設(shè)備管理攸關(guān)的一些冗余測量。

PPG 公司組織了一個無線設(shè)備小組來為工廠尋找無線系統(tǒng)性的解決方案，范圍涉及IT、儀表和過程控制。無線設(shè)備小組經(jīng)過篩選，決定將艾默生的 Smart Wireless 用于其廠內(nèi)測量，這不僅是因為他們對艾默生的羅斯蒙特變送器已相當(dāng)熟悉，而且對Smart Wireless 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也很有信心。

無線技術(shù)是許多過程應(yīng)用的正確選擇

應(yīng)用無線技術(shù)的用戶和公司正在不斷增加。ISA100 委員會定義的適用等級如上表所列?；谠S多成熟的業(yè)績和經(jīng)驗，艾默生建議：現(xiàn)在用戶在考慮控制和監(jiān)視目的的無線設(shè)備時，應(yīng)將重點放在增加以前由于資金問題而未進行的測量方面，實現(xiàn)提高安全性、可靠性、效率和環(huán)保的目的。

“還有一些其它無線解決方案，看上去也不錯，”TimGerami 認為，“但只是屬于點到點的設(shè)備，不能組成網(wǎng)絡(luò)。它們能夠工作，但在指定工廠的應(yīng)用對設(shè)備數(shù)量有所限制，可能規(guī)定每臺無線電為50 臺設(shè)備，16 個通道。這對于一個需要100 甚至幾百臺設(shè)備的工廠而言是難以接受的。而網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的潛能幾乎是無限的。”

“無線解決方案在日后擴展時，只要增加傳感器或變送器，經(jīng)濟性方面的優(yōu)點十分明顯。”-John Pietersz(TAQA)能源公司

Tim Gerami 使無線技術(shù)帶來的變革顯得更加清晰：“它實現(xiàn)了你以前無法實現(xiàn)的目標(biāo)”。

一項革命性的工廠設(shè)計

為了適應(yīng)市場對保健用品數(shù)量日益增加和品種不斷變化的需求，多年來，全世界的制藥和生命科學(xué)公司正努力調(diào)整其制造能力的靈活性，將過程信息、實驗室信息和工廠管理系統(tǒng)緊密地融合成一個有機的整體。

現(xiàn)在無線儀表與艾默生的 DeltaVTM 數(shù)字自動化系統(tǒng)一起，在一個一體化的工廠網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)一個統(tǒng)一的無線信息系統(tǒng)。無線網(wǎng)絡(luò)使幾年前看來似乎無法實現(xiàn)的工廠統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成為可能。

有一家主要的生命科學(xué)公司設(shè)計了多層廠房，鋼筋混凝土樓板和墻壁厚度達300 毫米。其模塊式過程設(shè)備可以任意移動和重新配置。由于采用無線儀表進行通訊，故重新配置并不涉及儀表系統(tǒng)，安裝在4 樓的一臺網(wǎng)關(guān)保持與4 樓和廠房頂樓中所有其它現(xiàn)場設(shè)備的通訊關(guān)系。

一個無線時代業(yè)已開始

Ruud van Dijk 是TAQA 能源公司的工程經(jīng)理。在談起該公司在荷蘭Alkmaar 天然氣生產(chǎn)工地使用艾默生的Smart Wireless 技術(shù)成功地進行各種測試時，他說道：“展望未來是我們嘗試使用無線傳感器的一個原因。Bergermeer 的工地上基本沒有地方用于布線，連接一個新的傳感器可能要求布線距離增加數(shù)百米，既費錢又費時。”

“當(dāng)然，我們已有多年經(jīng)驗，在辦公室環(huán)境中使用無線數(shù)據(jù)傳送，”該公司的儀表和控制部經(jīng)理John Pietersz指出：“就處理水平而言，辦公室環(huán)境與生產(chǎn)工地兩者完全不是一回事。這個世界在引進新興技術(shù)時會顯得非常遲疑不決。”

TAQA 團隊決定使用靈活方便、堅固耐用的SmartWireless 自組織網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。“就Smart Wireless 系統(tǒng)而言，其范圍半徑為200 米。”John Pietersz 這樣說，“其間一定有可以利用的地方。這個解決方案的不同之處在于傳感器是否能夠傳送互相之間的信號。也就是說，傳感器的安裝位置可以突破上述范圍半徑200 米，且不必另外安裝基站。日后若有擴展，只要增加變送器，其經(jīng)濟性優(yōu)點十分明顯。”

John Pietersz 繼續(xù)說：“我們已經(jīng)購買了艾默生的AMS 設(shè)備管理系統(tǒng)，目前只用于管理無線傳感器，但未來我們會把更多的儀表歸入AMS 智能設(shè)備管理系統(tǒng)內(nèi)?？傊?，對我們說來，一個無線時代已經(jīng)開始，”

自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)與點到點設(shè)備比較

艾默生過程管理的Smart Wireless 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)使用自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。Smart Wireless 現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)WirelessHART 標(biāo)準(zhǔn)測試合格，并且構(gòu)成后者的基礎(chǔ)。自組織網(wǎng)絡(luò)中的每一臺無線設(shè)備可以用作附近其它設(shè)備的路由器，將信息傳送至其最終目的地。

這種能力具有冗余通訊路徑作用，其可靠性優(yōu)于每一臺設(shè)備與其網(wǎng)關(guān)之間要求直接視距通訊的解決方案。如果網(wǎng)絡(luò)或影響通訊的條件有任何變化，則自組織網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備和網(wǎng)關(guān)會互相配合工作，共同尋找和使用對每一條消息最有效的路徑，該路徑具有最佳的數(shù)據(jù)可靠性和最小的功率消耗。

自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施對無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性要求并不十分嚴(yán)格。組成傳統(tǒng)的點到點無線網(wǎng)絡(luò)會遇到許多困難，其中之一是要求進行現(xiàn)場勘查，以確定系統(tǒng)中的每一個節(jié)點均有視距路徑。這種勘查工作費用昂貴。而且，由此生成的點到點無線網(wǎng)絡(luò)可能要求基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)點數(shù)量5 倍于自組織網(wǎng)絡(luò)。

自組織網(wǎng)絡(luò)的另一個優(yōu)點是其動態(tài)性。由于工廠會不斷遇到新的障礙，如腳手架、新設(shè)備或流動性車輛等，網(wǎng)絡(luò)可以圍繞這些設(shè)備重新組織。所有這一切均是自動發(fā)生的，用戶不必進行任何干預(yù)。

艾 默 生 的 Smart Wireless 和現(xiàn)在所有WirelessHART 自組織網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)層均使用IEEE802.15.4 協(xié)議，并帶有跳頻的功能。這些自組織網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計時已考慮到有足夠的抗干擾能力，并經(jīng)過嚴(yán)格測試，可以和工廠內(nèi)現(xiàn)有的其它無線網(wǎng)絡(luò)共存而不相互干擾。自組織網(wǎng)絡(luò)的范圍可以自己設(shè)定，掃描時間可設(shè)定為1 秒，可以大大縮短等候時間。艾默生的無線設(shè)備即基于此項技術(shù)，使用中證明其數(shù)據(jù)可靠性高于99%。