1 系統(tǒng)概況
        華能上海石洞口第一電廠除灰系統(tǒng)主要由倉泵出灰和灰?guī)斓认到y(tǒng)構(gòu)成,，系統(tǒng)控制由PLC完成,。由于歷史原因，除灰控制系統(tǒng)原先并不屬熱控管轄范圍,，系統(tǒng)設(shè)計理念陳舊,，模擬量信號少，自動化水平較低,。
        2008年熱控專業(yè)對除灰控制系統(tǒng)進行了一次改造,，控制范圍囊括了四臺爐的氣力輸灰、灰?guī)?、灰漿系統(tǒng),。上位機HMI部分改為標準的客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，配置六個客戶端,，兩個冗余服務(wù)器,，一個工程師站和一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。運行人員在客戶端進行操作,，畫面由服務(wù)器提供,，工程師站修改程序和畫面。任何修改只要在工程師站完成,，運行人員只要切換畫面就能對操作畫面進行更新,，不需要重啟計算機。
        為了提升除灰系統(tǒng)的自動化水平,，這一輪改造后，熱控專業(yè)又著手對就地設(shè)備進行完善,。但由于原除灰系統(tǒng)自動化水平低,，運行人員長期手動操作，無法對現(xiàn)場設(shè)備提出控制要求。因此我們通過對就地設(shè)備的觀察,，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(yīng)用工程簡介
        隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,，近年來,，無線技術(shù)得到了長足的發(fā)展，過程控制領(lǐng)域出現(xiàn)了諸多無線設(shè)備,，如無線壓力,、差壓變送器、溫度變送器,、無線定位器等,。艾默生的智能無線技術(shù)就是其中的一個代表。華能上海石洞口第一電廠熱控專業(yè)一貫關(guān)注新技術(shù),，考慮到此次改造在灰?guī)焐戏笤O(shè)電纜確實比較困難,，因此決定嘗試一下無線這樣的新技術(shù)。由于發(fā)電廠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?zé)o線變送器,。艾默生以合理的價格提供了無線變送器及相關(guān)設(shè)備。

                                   
        無線硬件由無線變送器和無線網(wǎng)關(guān)1420構(gòu)成,，單個無線設(shè)備之間的可視距離可以達到228米,，無線網(wǎng)關(guān)和上位控制系統(tǒng)之間有線連接，通訊方式有Modbus 485,、Modbus TCP/IP及OPC,。上面是羅斯蒙特提供的無線技術(shù)方案示意圖，整個現(xiàn)場設(shè)備的改造方案最初設(shè)計九臺變送器,，后來由于設(shè)計方案的變動只用了五臺,。設(shè)備到貨后，整個無線設(shè)備系統(tǒng)的安裝與調(diào)試完全由熱控工程師完成,，期間只是就相關(guān)技術(shù)問題咨詢了艾默生相關(guān)技術(shù)人員,。至此，我們在上海的電力系統(tǒng)做了第一個無線樣板工程,。
3 無線通訊和系統(tǒng)安全性
3.1 無線頻率
        通常使用的與過程工業(yè)相關(guān)的ISM頻段有三個：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(qū)用于ISM通信,，2.4GHz頻段則在全球范圍內(nèi)適用。2.4GHz頻段實際上包括了從2.4GHz到2.4835GHz區(qū)間,，同時,，2.4GHz頻段也是Wi-Fi工作頻段,。智能無線技術(shù)就工作在這個頻段。
3.2 無線網(wǎng)絡(luò)可靠性與安全性
        智能無線技術(shù)的一大特點是采用了自組織網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu),，而不是常見的點對點結(jié)構(gòu),。點對點拓撲結(jié)構(gòu)中，每一臺設(shè)備直接與網(wǎng)關(guān)通訊,，設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間的通訊路徑要求完全可視,，而這在現(xiàn)場是比較難以做到的；網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)中,，每一臺無線設(shè)備都可以作為其他無線設(shè)備的中繼路由,，設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間無需完全可視。同時自組織特性保證了網(wǎng)絡(luò)中每個設(shè)備至少有兩個通訊路徑,，一旦其中的一條通信路徑由于某種原因被中斷,，網(wǎng)絡(luò)會自動利用其它的路徑進行通訊，從而確保了智能無線技術(shù)在復(fù)雜的工廠環(huán)境中依然可靠,。
        智能無線技術(shù)將2.4GHz頻段分成16個更窄的頻段,，并采用跳頻技術(shù)，如果在其中的一個頻段檢測到干擾,，網(wǎng)絡(luò)通訊將切換到另外一個頻段,。同時智能無線技術(shù)內(nèi)置了數(shù)據(jù)加密與校驗，發(fā)送設(shè)備與接受設(shè)備之間也需要身份驗證,，數(shù)據(jù)的訪問也需要相應(yīng)的權(quán)限才能進行,。
        此外，值得一提的是,，智能無線現(xiàn)場設(shè)備完全由電池供電,，這得益于對現(xiàn)場設(shè)備進行的低功耗改造，使得無線裝置可以在現(xiàn)場連續(xù)工作數(shù)年而不用更換電池,。其次,，其采用的電池包含多項專利，具有本安,、防短路等多項特性,，可以在危險環(huán)境中隨意更換而無需采取特殊安全措施。
4 實施方案
4.1 廠家自身系統(tǒng)的連接
        智能無線網(wǎng)絡(luò)由無線變送器和1420無線網(wǎng)關(guān)構(gòu)成,。在完成簡單的配置和現(xiàn)場設(shè)備安裝后,，1420網(wǎng)關(guān)接通24VDC電源，變送器裝上電池,，整個無線網(wǎng)絡(luò)就可以自動上線,。
4.2 無線與控制系統(tǒng)的連接
        1420無線網(wǎng)關(guān)是無線設(shè)備和現(xiàn)有控制系統(tǒng)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(tǒng)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中沒有空余的485接口，因此本方案我們采用OPC的通訊方式,。
5 無線網(wǎng)絡(luò)的配置
        無線網(wǎng)絡(luò)的配置相對比較簡單,，分現(xiàn)場設(shè)備的配置和網(wǎng)關(guān)的配置兩個環(huán)節(jié)。現(xiàn)場設(shè)備的配置主要是Join Key,、Network ID及數(shù)據(jù)刷新速率等的配置,，Join Key和Network  ID分別為和無線設(shè)備通訊的握手密碼和網(wǎng)絡(luò)標識，可以使用無線網(wǎng)關(guān)的默認值,，數(shù)據(jù)刷新速率根據(jù)實際需要確定,。這些參數(shù)的設(shè)定可以通過支持無線版本的HART 375手操器進行，也可以在隨機配備的無線配置軟件中進行設(shè)置,。
        網(wǎng)關(guān)的配置需要從筆記本電腦登陸1420網(wǎng)關(guān)進行,，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。網(wǎng)關(guān)的登陸地址為其IP地址,，默認為https://192.168.1.10,。輸入用戶名和密碼登陸后就可以根據(jù)需要修改IP地址，一般來說,，無需更改IP地址,，但對于將網(wǎng)關(guān)集成到現(xiàn)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(yīng)網(wǎng)段內(nèi)的空余IP地址,。PLC控制系統(tǒng)中,，系統(tǒng)服務(wù)器的IP地址分別為192.168.0.1和192.168.0.3，客戶端的地址是192.168.0.5,，因此,，我們把無線網(wǎng)關(guān)IP地址改為192.168.0.10。

6 無線產(chǎn)品與控制系統(tǒng)的集成
        Emerson智能無線網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌軟件（版本3.8.9）,，對網(wǎng)關(guān)及無線系統(tǒng)的設(shè)置與瀏覽通過IE瀏覽器進行,，無需其他軟件，分別在Setup—>Internet protocol中設(shè)置IP地址為192.168.0.10,，在Setup—>HART中設(shè)置儀表參數(shù),，在Setup—>OPC中設(shè)置要映射上傳到上位機的變量。整個過程較簡潔,。
        在AB系列 PLC控制系統(tǒng)一側(cè),，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點與網(wǎng)關(guān)中新建OPC中的Tag點（如下圖：192_168_0_10中Tag點）進行連接并進行HMI畫面組態(tài),，就能正確顯示測量值。
        下面是改造后的控制及無線系統(tǒng)圖

7 無線產(chǎn)品的應(yīng)用及評價
        Emerson的無線產(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。無線產(chǎn)品的優(yōu)點是明顯的,，首先是費用的節(jié)省,、人工、電纜和穿線管等就地施工費用的節(jié)省,，也不需要購買模擬量卡件,，施工及調(diào)試的時間也大大縮短。
        用戶首先要熟悉自己的控制系統(tǒng),，而且用戶有權(quán)選擇自己喜歡熟悉的產(chǎn)品,。對于自動化行業(yè)來說，這個公司的產(chǎn)品能提供的某些功能,，別的公司也能提供,，最關(guān)鍵的一點是我們?nèi)绾握_靈活地運用這些產(chǎn)品，拓寬思路,，使自動化的應(yīng)用水平更上一層樓,。
        至于從安全的角度來看，由于現(xiàn)在都是小范圍使用,，沒有超過100臺,，都不需要復(fù)雜多樣的無線網(wǎng)絡(luò)冗余方案。建議無線網(wǎng)關(guān)布置在離接收設(shè)備較近,，離控制系統(tǒng)稍遠的位置,。
        無線技術(shù)目前主要應(yīng)用于無人值守的信號監(jiān)視和電力系統(tǒng)的熱力實驗等。當(dāng)然了,，迄今為止無線技術(shù)仍未在工廠內(nèi)部廣泛采用,。人們擔(dān)心無線系統(tǒng)的可靠性、安全性以及電池的壽命,，即使在傳統(tǒng)的有線技術(shù)方案成本高昂的情況下也不愿意冒風(fēng)險去應(yīng)用嘗試新產(chǎn)品,。
8 未來展望
        隨著無線設(shè)備及無線電力輸出技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，人們曾經(jīng)擔(dān)心的這些新技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用,，越來越被認可,，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,，也帶動了社會,、家庭及自動控制對互聯(lián)網(wǎng)的需求和依賴,，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線技術(shù)，未來無線技術(shù)將被普遍應(yīng)用到各種產(chǎn)品中去,。