無線技術" title="無線技術">無線技術的優(yōu)勢是顯而易見的—— 不用接線。盡管如此,，在過程工廠和車間里安裝的測量設備只有不到1%屬于無線設備" title="無線設備">無線設備,。所幸的是，隨著技術的改進尤其是最近自組網(wǎng)絡的發(fā)展,，采用無線技術所遭遇的真實可見的障礙正在被克服,。
其它障礙與技術本身無關，而是源于缺乏對于安全,、標準和合理應用的共識,，這也就是我們?yōu)槭裁匆懻摗白罴褜嵺`”。 現(xiàn)在用戶可以增加以前無法以經(jīng)濟的形式實現(xiàn)的測量,，從而提高工廠的安全性,、可靠性和有效性，同時符合環(huán)保要求,。
為什么采用無線測量呢,？
為什么要采用無線測量呢？無線方案" title="無線方案">無線方案讓使用者以更為經(jīng)濟的方式獲得額外的測量數(shù)據(jù),，而以前要想獲得這些測量數(shù)據(jù)的成本是無法承受的,。無線技術目前的應用包括：
環(huán)保：實時報告泄壓時閥門的開關狀況，減少污染排放,，避免由此而引起的罰款,。
人員安全；一旦激活緊急停車按鈕,、壓力和溫度開關以及其它報警裝置,，中央控制室的操作人員即會收到信號,。
健康：在監(jiān)測臺即可監(jiān)控水溫和水壓，盡可能減少工作人員往返現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)的次數(shù),。
過程優(yōu)化：對額外的過程溫度,、壓力、流速進行監(jiān)測和趨勢分析,，實現(xiàn)在線或離線的過程優(yōu)化,。
設備可靠性：監(jiān)測泵,、電機的振動和溫度以及過濾器堵塞和熱點情況,。
過程利用率：將手動旁路閥門的開/關狀態(tài)信息發(fā)送給中央控制室的操作人員。
臨時測量：對鍋爐,、壓縮機以及其它性能要求較高的核心設備的操作進行測試,、確認和優(yōu)化。
移動測量：測量和記錄流速,、壓力,、溫度和液位，并將數(shù)據(jù)傳遞給測試臺和流量校驗器,。
無線技術類似總線技術,，例如Foundation Fieldbus(Ff)總線技術。它可以降低安裝成本,，可方便地訪問多過程及各臺設備的診斷變量,。當控制系統(tǒng)比較陳舊或者滿負荷工作時，整合Ff技術會比較難,。因此無線技術通常用于新建項目或是工廠的重大擴建項目,。
采用無線技術，即便現(xiàn)存的結構已經(jīng)接滿有線設備,，您也可以方便地在任何舊裝置中添加設備,。新的無線設備可以與現(xiàn)有裝置無縫整合，可自由訪問多種變量和設備診斷信息,。
與傳統(tǒng)點到點的有線技術相比,，無線技術和Ff技術可節(jié)省包括材料-電纜、接線盒,、線槽,、橋架、安全柵以及DCS I/O卡,、機架和電源,，以及工程、采購和安裝人工等成本,。
傳統(tǒng)點對點的有線方案的總安裝成本大約是變送器成本的2到10倍,。如果單個設備可提供多種過程變量或診斷信息—例如,，有八個輸入點的溫度變送器，那么成本將顯著減少,。無線方案或Ff系統(tǒng)還具有減少空間,，增強靈活性和易于擴展等優(yōu)勢。
自組網(wǎng)絡
無線設備用于將一些被稱為“自動化孤島”的遠程測量點連接到中央控制系統(tǒng)已有數(shù)十載的歷史了,。在某些應用領域,，如水處理和廢水處理、油氣生產(chǎn)等工業(yè),，大多數(shù)的測量點都分布在這些“孤島”上,。與傳統(tǒng)的PLC或DCS系統(tǒng)相比，監(jiān)控和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)（以下簡稱SCADA）在連接這些孤立點方面更有優(yōu)勢,。
當無線設備還將繼續(xù)用于這類廣泛分布的領域時,，一種適用于典型過程工廠的自組網(wǎng)絡誕應運而生了。每臺變送器擁有一個智能無線發(fā)送器,，該發(fā)送器是一種目視距離的技術,，它比紅外線更靈活，可以穿墻,、越欄,，也可在小的管道和泵周圍傳遞信息。只要設備與網(wǎng)關之間沒有實心的大體積容器,，或特別厚的墻體阻隔并且距離在150米之內(nèi),，通訊是不會有問題的。在網(wǎng)狀拓樸結構中,，如果一臺設備無法通過它需要的網(wǎng)關與另一臺設備通訊,，數(shù)據(jù)包則可以在許多必要設備之間進行跳躍，直到返回網(wǎng)關為止,。
網(wǎng)狀結構是工廠環(huán)境的理想之選,，因為它允許設備安裝在凹區(qū)或其它實心的金屬阻擋物體周圍，而無需購買昂貴的天線和放大器,。一旦整個無線網(wǎng)絡達到足夠的密度,，用戶完全可以相信任何一臺新添加的設備至少能和兩臺設備進行通信，所以任何一臺設備通訊失敗都不會影響整個網(wǎng)絡的通訊,。在自組網(wǎng)絡中,，設備可自動組成多條回路連接到網(wǎng)關，并且在增加新設備或出現(xiàn)阻礙物時,，它可以動態(tài)重組網(wǎng)絡,，從而確保了通過較少的設備調節(jié)就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度可靠性，同時避免了現(xiàn)場勘察成本,。
無線方案的自組網(wǎng)絡設備采用內(nèi)部供電,，變送器+電池符合1級1區(qū)防爆標準,，這是因為這些設備是專為過程無線應用而設計的，而不是變送器與無線電的簡單組合,。
常規(guī)的設備需要高達20mA的連續(xù)電流才能驅動模擬輸出運行,，而無線壓力傳感器只需1mA，溫度傳感器的耗電量更低,。此外,，這些設備均以開機時間最小化為標準而設計，實際上啟動一臺設備進行數(shù)據(jù)讀取每分鐘只需1秒,。因此,，在典型的應用中，電池使用壽命可達5-7年,。電池可由用戶在現(xiàn)場直接更換,，無需進行防爆場所認證或通過高溫作業(yè)許可,。
最佳實踐-安全,、標準、應用
在用戶對無線技術作出特定評價之前,，他們會考慮以下因素：
安全：該方案能否確保數(shù)據(jù)有效可用,，且數(shù)據(jù)的訪問權僅授權用戶所有？
標準：該方案是否符合開放協(xié)議,？能否實現(xiàn)多方設備的無縫整合,？它是否限制用戶僅使用單方產(chǎn)品？
合理應用：雖然有些供應商也推出“無線方案無處不在”方案,，相關實體包括ISA SP100推薦無線方案僅適用于特定的應用,。
請注意，與采用其他新技術相比,，使用無線技術前,，對這三個方面的評估更加重要。如果沒有很仔細地考量這三個方面的因素,，采用無線技術的最初3-6個月試用期,，問題將不會很明顯。然而在試驗期或在訪問參照地點時表現(xiàn)較好的技術方案可能會在系統(tǒng)擴展后出現(xiàn)問題,。
安全
安全對于無線網(wǎng)絡來說至關重要,。因為無線數(shù)據(jù)和設備有可能傳送至工廠之外，而這已超越了常規(guī)的工廠安保,?？煽啃耘c安全相關。一個設計可靠的系統(tǒng)能夠確保隨時獲得數(shù)據(jù),，一個安全的系統(tǒng)能夠確保數(shù)據(jù)的有效性,，且只有授權用戶才可以訪問數(shù)據(jù)和設備,。黑客攻擊以及設備突然遇到物理障礙或頻率干擾都有可能影響安全性和可靠性。
堅固的安全系統(tǒng)可以提供多重保護抵御干擾和攻擊,。首先,，要確保可靠性,，系統(tǒng)的頻率必須靈活,，也就說如果一個頻率受阻，那么無線電可以選擇另一個頻率,。
從理論上說,，注冊和使用一個固定頻率可以避免干擾風險。而事實上在常規(guī)的工廠環(huán)境中,，大多數(shù)干擾并非來自于其它無線電波而是設備本身產(chǎn)生的一些偽真發(fā)射和隨機發(fā)射,，例如焊槍、變速電機等,。
固定頻率,、高電流的無線電適用于遠程油/氣田領域，而低電流跳頻能適用于設備繁多的工廠領域并具有較好的可靠性,。此外,，性能良好的網(wǎng)絡幾乎不會受到廠內(nèi)其它網(wǎng)絡的干擾。
其次,，所有數(shù)據(jù)都將加密傳送,，也許一些人可以用無線掃描儀和筆記本電腦將數(shù)據(jù)竊取，但他們卻無法破解密碼獲取數(shù)據(jù),。因此需要授權和確認管理-只有合法設備才可進入系統(tǒng),。
最后，如果密碼和口令管理不善,，即便是設計最為安全的系統(tǒng)也很容易被破壞,。因此系統(tǒng)應該使用動態(tài)的旋轉密鑰而不是靜態(tài)密鑰，并且應定期更新所有設備密碼,。
當在網(wǎng)絡中添加新的設備時,，用戶只需拿著手操器設置一下網(wǎng)絡名稱和加入口令（這與在Wi-Fi網(wǎng)絡上進行WEP加密很類似），但是只有加密的旋轉密鑰可以在網(wǎng)絡中傳播,。
開放標準
目前很多安裝的無線設備采用的是專有通訊協(xié)議,，從此用戶只能被迫從一個供應商那里購買設備。這種無競爭狀態(tài)所帶來的問題是顯而易見的,，此外,，用戶還要考慮設備淘汰的風險。專有設備可以在沒有標準的時代盛行，但是實踐證明,，一旦開放的標準被廣泛應用,，專有設備就會遭到淘汰。例如在80年代和90年代,，專有協(xié)議曾一度盛行,，而能夠使用到現(xiàn)在的只有諸如Ff, Profi bus,和HART等開放式的智能變送器協(xié)議。
根據(jù)應用要求,，開放式無線標準已經(jīng)存在或正在形成,。例如設立無線以太網(wǎng)就是為了“自動化孤島”（分散的設備）之間的通訊，而GSM開放標準" title="開放標準">開放標準則適用于移動電話的數(shù)據(jù)傳輸,。
通過以太網(wǎng),，OPC（用于過程控制的OLE）是最適用于無線網(wǎng)關與主機系統(tǒng)之間進行通訊的開放標準，即便是最老的系統(tǒng)也能支持RTU Modbus,。
WirelessHART協(xié)議適用于工廠內(nèi)相關標準,。這一開放協(xié)議于2007年9月獲得認可，受到200多家HART用戶的支持,，并且它可以向后能兼容2千萬套原有的HART有線設備,。因此用戶只需同一個手操器，使用相同設備驅動的主機將會顯示設備數(shù)據(jù),，這其中包括最近推出的EDDL的增強版,，可兼容現(xiàn)有有線設備的信息。
供應商可以很方便地重新設計HART產(chǎn)品的屬性以使其符合無線HART標準—目前有超過1000種HART設備是HART基金會的注冊產(chǎn)品,，這能確保在相對較短的時間內(nèi)就可以提供設備滿足需要。與早年的Ff相比,，當“niche”技術不具備Ff功能時,，用戶最終將會選擇在現(xiàn)有的HART設備上增加無線功能。
由于現(xiàn)有設備是有線的,，因此通過獲取診斷信息和二級變量及提供遠程維護獲取的利益遠遠大于所節(jié)約的接線成本,。
合理應用
雖然無線技術可以帶來巨大的收益、高度的安全性以及開放的標準來降低風險,，但是前提是用戶將其使用在合理的應用領域,。最佳的無線設計可確保數(shù)據(jù)可靠率高達99.9%，因為所有的數(shù)據(jù)傳輸都有讀取回復,，并且如遇數(shù)據(jù)傳輸受阻或受干擾,，就會自動再發(fā)送，直到發(fā)送成功為止,。但是,，沒有一種設計可以保證每一條信息都能夠即刻到達，產(chǎn)生變量延遲,。
只有所有的信息使用者都能夠接受變量延遲時,，系統(tǒng)設計人員才能考慮使用無線技術—數(shù)據(jù)到達有時會延遲不到1秒,，有時10秒或更久些。既然數(shù)據(jù)都有時間戳,，延遲并不影響趨勢的有效性和事件記錄,。因此在監(jiān)測、趨勢分析或開放控制回路應用中,，延遲通常是可以接受的,。但是在閉合回路控制或安全應用中延遲就不能被接受了。
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在這種情況下,，無線技術只能用于監(jiān)測,、記錄和遠程維護。如果用戶的項目中既有監(jiān)測又有關鍵控制/安全裝置" title="安全裝置">安全裝置,，我們可以采用硬接線連接控制和安全裝置,，而監(jiān)測則采用無線方案?；蛘?，用戶也可以將關鍵控制和安全邏輯放到現(xiàn)場控制器或PLC中，如果是Ff系統(tǒng),，還可以放到設備中?，F(xiàn)場控制器的更新數(shù)據(jù)可通過無線方式傳遞到中央主機，變量延遲只對更新的速度或操作員指令有所影響,，并不會影響現(xiàn)場控制本身,。
在原有完整結構（接線盒、線槽,、DCS I/O等）中增加新的測量點,，用戶可將現(xiàn)有硬接線監(jiān)測方式改為無線方式不失為一種創(chuàng)新。然后這種自由升級的結構還可應用于新的關鍵控制/安全裝置,。單是安裝成本的節(jié)省就夠用戶再購置一套新的無線裝置了,，而且今后的擴展也很方便。
值得注意的是,，用戶不能以試用期或者對類似地點短期考察時的延時預期值為基準,。以采用RF無線技術的家用服務無線電設備為例，一對無線電設備在本地工廠的測試期內(nèi)可能表現(xiàn)優(yōu)異,，幾乎不受干擾,，信號傳送距離可達幾公里，延遲時間也很短,。但是當系統(tǒng)擴展后,，干擾就會增加，信號傳送距離也會減少，數(shù)據(jù)延遲時間就可能會數(shù)十倍地增加,。
隨著無線技術的發(fā)展與用戶經(jīng)驗的不斷提高,，我們可能不再需要指導方針了，而在不久的將來無線設備也甚至會在最重要的控制和安全應用中得以使用,。
最佳實踐-總結
用戶現(xiàn)在可以增加以前無法以經(jīng)濟的方式實現(xiàn)的測量,，從而提高工廠的安全性和可靠性，同時工廠運行效率更高,，更符合環(huán)保法規(guī),。新的無線自組織網(wǎng)絡技術降低了安裝成本，可方便靈活地訪問多變量設備和診斷信息,，并能與原有主機系統(tǒng)無縫集成,。
為了實現(xiàn)收益最大化和長期風險最小化，用戶應該：
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考慮采用無線技術實現(xiàn)新的監(jiān)控及記錄應用,。
在老的系統(tǒng)工廠中,，如需在重要環(huán)節(jié)增加新的測點，可考慮使用無線技術替代現(xiàn)有有線結構
確保任何一種無線方案都符合安全及開放標準,。