无线技术拓展过程为过程控制领域打开窗口

    使用新型的无线技术，能够方便快捷地采集和传递以往难以访问的现场数据，这无疑为现代过程控制领域打开了一个视野更为开阔的窗口

   随着可靠的无线现场通讯系统的出现，很大程度上排除了以往从过程设备和周边区域采集信息时所面临的技术和经费方面的障碍。即使是传统的控制系统，单机仪表的信息传送技术现在也已进入实用阶段。

    无线设备可以采集以往难以企及或几乎不可能访问的信息，并将其传送至设备控制系统。这样，设备工作性能和过程状态数据被连续、实时地传送至规定的系统。如此则可以：
 
 · 改进设备维修工作
 · 提高设备可靠性
 · 改善过程控制
 · 增强安全性
 · 更加符合环保要求
 · 安装成本远远低于硬导线连接系统
 
   这些无线系统的最大优点在于其共存性，即可以与其它无线系统共同工作于典型设备环境之中。例如，现行的IEEE 802.11 Wi-Fi宽带无线以太网和TCP/IP标准早已被应用于工业企业成千上万台设备中。
 
    使用工业级Wi-Fi结构以后，可以寻求新的解决方案并且适应新的操作方法。现场操作人员可以方便快捷地通过便携式电脑观察报警并做出响应、评估过程和接受工作指令等。无线系统彻底改善操作人员的通讯方法，即使离开控制室也可以检查设备，极大提高了生产效率。

对变革的挑战
 
    工业技术在不断发展，控制要求和客观条件也发生了巨大的变化；这就要求现有的控制系统适应这种变化，获得比以往任何时候更多的信息。
 
    例如，许多国家在健康、安全和环保方面的要求越来越严格。可能要求连续监视设备周围的安全喷淋器，以便必要时提供支援。还有，可能要求了解手动控制阀的状态，确定其处于安全状态，避免由于错误估计而发生事故。还可能要求监视安全减压阀以检测其排放情况。
 
    在严格控制人力资源和不断更新信息的大趋势下，依靠操作人员夹着记录本在厂区各处记录读数，这种工作方式几乎是不现实的。否则，就只能现场手动测量，因为这样即容易出错又不安全。
 
    为了减少停机，比起定期手动检测来说，对泵和电机等设备进行连续监测以获得其磨损等重要信息是非常明智的。
 
    所有这些工作都可以通过由现场仪表向控制室发送报告来完成。但是显而易见，采用有线变送器来实现新的功能，费用可能相当昂贵。在许多情况下，为了节约开支，只能不用备用信号线、不用备用线槽位置和备用DCSI/O点等；就算要用，安装起来也不容易。即使在新建的工厂中，也有许多远程位置，用导线或电缆来连接是非常不经济的。

    此外，如果要提高解决问题的能力和效率，则控制室就需要获得有关设备层面工作性能的更多信息。因此，工厂内成千上万台设备只有借助于新兴的无线结构，以迎接上述挑战以及如雨后春笋般涌现出的新挑战。

    有趣的是，在许多应用中，用无线设备来代替有线设备已成为一种不可阻挡的潮流。例如，压力表和温度计、变面积流量计和玻璃液位表等，均没有导线连接至任何系统，且必须由操作人员来读取；无论这些现场设备安装在何处，现在都可以用无线技术将其连接在一起。

    无线工厂系统已经给过程控制领域带来令人瞩目的诸多惊喜，主要体现在对问题的全新解决方案和快捷的调度能力方面。表1归纳了近期用户采用的一些创新的无线解决方案。

    从HART开始入手

    无线变送器属于相对较新型的设备，但一项涉及无线设备的制造及使用的标准早已生效。WirelessHart是全数字化的无线协议，并且于2007年被批准为控制领域的通用标准。如此，希望采用无线技术和设备的企业不必依赖一家制造商提供数量有限的产品。不同制造商提供的产品可以互相配合使用，这是由于产品均按同一标准进行制造。

    无线变送器使用IEEE 802.15.4标准，可以保证其共存性，并且与Wi-Fi共享空间。在有线HART设备方面，IEC 61158应用层用于这项技术的最高一级，保证实现与现有设备管理软件的无缝连接。

    ZigBee 和蓝牙技术是大家很熟悉的无线技术，但是在过程领域无线现场网络应用的WirelessHART标准是基于802.15.4 协议的。ZigBee和蓝牙不是采用IEEE 802.15.4协议，它们只是基于该协议的物理层和数据链接层而已。

    采用WirelessHART标准的设备可以支持任何类型的传感器，可以适用于几乎任何工业应用，可以从事所有HART产品目前所进行的各项控制或监视工作。一些主要的制造商已公开宣布将提供符合WirelessHART标准的变送器和网关。

    有关基础设施的决定

    无论是在新建工厂或是现有工厂更新改建中应用无线基础设施，这些无线设备均可以使用许多年；因此，决策应非常慎重，如同决定控制系统一般。对于工业用无线网络，可靠性和安全性始终是主要的考虑因素。WirelessHART可以很好地解决这两方面的问题。

    WirelessHART具有独特的自组织网状网络，在信号受阻时，WirelessHART可以动态地重新选择传递路径，大大提高了数据传递的可靠性。工厂层面上常常会出现通讯故障，这种“绕行工作”的能力可以使其不受影响。除了任何类型的组态数据外，WirelessHART还包括“状态和数值”数据，这样可以使用户深入了解其测量值是否有效，确保所报告数值的准确性。

    在遇到高层建筑和脚手架，或是临时停靠的卡车等障碍物等挡住了已经建立的信号路径时，无线网状网络的自组织能力便体现出其价值。网络只要寻找传送信号的新路径并使其到达网关。因此网状网络显得更为坚固耐用。