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    胡嘉偉（1973-）

    男，1993年畢業(yè)于貴州大學(xué)電子科學(xué)系電子技術(shù)專業(yè)，2000年至今先后擔(dān)任3*8萬噸/年磷酸濃縮裝置，20萬噸 /年、60萬噸/年、80萬噸/年硫磺制酸裝置，24萬噸/年磷酸二銨裝置，2*30萬噸/年磷酸萃取裝置等多套化工裝置自控專業(yè)項目負(fù)責(zé)人，長期從事磷化工現(xiàn)場過程控制工作。

    摘  要：文章簡單分析了無線技術(shù)的應(yīng)用場合和可以為工業(yè)應(yīng)用帶來的好處，并針對Trusted Wireless技術(shù)在高位水池監(jiān)控中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹與分析。

    關(guān)鍵詞：無線；Trusted Wireless；水池監(jiān)控

    Abstract: This paper analyzes the application field of wireless technology and its benefit to the customers. Especially, in this paper, we make a detailed description and introduction of Trusted Wireless technology in the monitoring of pool applications.

    Key words: Wireless; Trusted Wireless; Monitoring of pool

    1 引言

    隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，新技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，工業(yè)通訊系統(tǒng)和安全控制技術(shù)是當(dāng)今國際工業(yè)自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點?，F(xiàn)場信息化的發(fā)展和先進(jìn)的遠(yuǎn)程現(xiàn)場設(shè)備診斷使設(shè)備從被動性維護(hù)向主動性維護(hù)發(fā)展。目前，隨著無線技術(shù)的革新，工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員都在研究“配置使用無線技術(shù)的可行性”，以達(dá)到“風(fēng)險最小化，資產(chǎn)使用最優(yōu)化”的目標(biāo)。

    無線技術(shù)并不是萬能的，不能完全替代有線方式的應(yīng)用，但它作為有線方式的最好的、最有益的補(bǔ)充之一，在特定的工業(yè)控制領(lǐng)域起到其獨特而無法替代的好處，而由有線和無線的無縫連接實現(xiàn)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)也必將是今后工業(yè)控制領(lǐng)域的一個趨勢。

    那么在哪些場合“主動的維護(hù)”和“風(fēng)險最小化,資產(chǎn)使用最優(yōu)化”要去考慮“配置使用無線技術(shù)的可行性”呢？當(dāng)信號線需要穿越高速公路、鐵路、河流等；信號需要從偏遠(yuǎn)、荒蕪的地方傳到控制室，長距離布線的人力和物力成本很高；旋轉(zhuǎn)、移動的機(jī)械或設(shè)備信號時斷時續(xù)，后期維護(hù)成本高昂；許多儀表、設(shè)備位于有爆炸危險、高污染、干擾強(qiáng)烈或高輻射的區(qū)域，維護(hù)、調(diào)試極易造成人身傷害或財產(chǎn)損失……無需多言，在這些情況下，無線解決方案無疑是最佳的選擇。因為無線電磁波經(jīng)由開放空間內(nèi)的傳輸，大大減小了耗時而高成本的安裝，它借助所使用天線的發(fā)散特性，無線信號可覆蓋大面積的戶外區(qū)域或內(nèi)空間，能夠穿透或覆蓋無法進(jìn)行線纜安裝的區(qū)域，保證設(shè)備在信號范圍內(nèi)的自由移動和網(wǎng)絡(luò)接入，而不受安裝的限制。同時無線傳輸無阻抗、無污染、微功率而又不受常見電磁干擾，同時是免維護(hù)的解決方案，與硬件成本相比，其潛在的節(jié)約成本空間更大。

   2 應(yīng)用背景

    2009年初，在貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司消防系統(tǒng)項目高位水池監(jiān)控中遇到了一個比較棘手的問題，如圖1所示。

                   

                                          圖1

    在圖中山頂高位水池標(biāo)識的地方有高位水池一個（如圖2所示）。該高位水池主要是用來儲存消防用水，因為該企業(yè)是一家生產(chǎn)磷肥的企業(yè)，這也決定了其對消防系統(tǒng)更高的要求，必須時刻保證高位水池內(nèi)有充足的水量，而需要將高位水池的水位、壓力等信息采集到控制室進(jìn)行實時監(jiān)控。但是高位水池在山頂，從高位水池到控制室直線距離600米左右，如果鋪設(shè)信號電纜的話，需要花費很大的人力、物力和財力去挖線纜溝、埋線、布線，由于工期相對較緊，傳統(tǒng)有線方式耗時太長。而且在后期使用中，一旦信號線纜被野生動物或其它原因破壞，很難找到破壞點進(jìn)行維修，這樣勢必影響到正常的信號監(jiān)控，并將提高維護(hù)成本。并且在現(xiàn)場有高壓線經(jīng)過，電磁干擾非常大（如圖3），如果采用有線的方式，控制室接受到的信號將收到干擾，影響準(zhǔn)確性、可靠性。

                
  
                  圖2                                         圖3

    3 解決方案

    基于以上原因，該廠考慮采用無線方案來實現(xiàn)高位水池的監(jiān)控。而對于所有的無線技術(shù)而言，可靠性、簡單性、功效、傳輸范圍和成本是比較、評估和選擇工業(yè)無線技術(shù)的五個最重要的指標(biāo)。每個指標(biāo)都以獨特的視角展示了某個技術(shù)的優(yōu)點。為確保針對給定應(yīng)用選出了最合適的無線技術(shù)，筆者在比較不同技術(shù)的優(yōu)缺點時，對這些指標(biāo)逐一進(jìn)行考察衡量，以確定是否適合企業(yè)的應(yīng)用。

    在這里，可靠性是指無線系統(tǒng)在存在各種工業(yè)障礙的情況下成功完成通信的能力。根據(jù)無線系統(tǒng)的射頻頻譜、接收靈敏度（收發(fā)器完成通信需接收到的最小信號水平）、輸出功率（能夠輸出的信號水平）、抗干擾度（在存在干擾的情況下在給定頻道中通信的能力）來進(jìn)行評價。對于無線產(chǎn)品，靈活性和可編程能力通常會增加其復(fù)雜性，因而，開發(fā)環(huán)境和工具(包括硬件工具和軟件工具)必須便于使用和理解，盡可能最大化實現(xiàn)其作為接口的功能。好的無線產(chǎn)品應(yīng)該是低能耗，比原有系統(tǒng)更加節(jié)能的系統(tǒng)。這也是衡量無線技術(shù)可靠性的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。在傳輸距離方面，當(dāng)然必須要滿足要求并且保證信號的強(qiáng)度。

    經(jīng)過比較和多家公司比較，綜合考慮產(chǎn)品性價比，該項目選擇了菲尼克斯電氣Trusted Wireless無線IO產(chǎn)品。

    產(chǎn)品方案見表1。

    該方案采用的無線IO產(chǎn)品，無需任何的編程和組態(tài)，收發(fā)兩端天線對準(zhǔn)后，信號即建立了連接，現(xiàn)場側(cè)傳感器4~20mA信號直接接入發(fā)射器模擬量輸入點，控制室模擬量輸出模塊對應(yīng)點輸出4~20mA，接入PLC的AI卡件即可。

    Trusted Wireless是專為流程工業(yè)設(shè)計的無線技術(shù)，這種技術(shù)的無線產(chǎn)品采用ISM 2.4G~2.4835GHz免費頻段，無需向無線電管理局申請頻段、繳納費用，而且一般的點焊，電弧焊、變頻器、RFID等工業(yè)場合常見干擾的基本頻率和諧波都無法達(dá)到這一水平，并且采用FHSS（跳頻擴(kuò)頻）技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸使用FEC（前向糾錯）和CRC（循環(huán)冗余校驗），保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?。特別是對于模擬量信號的傳輸，分辨率達(dá)到了16位。

    圖2安裝在支架上的就是現(xiàn)場側(cè)無線電氣柜，圈中為天線，圖4為控制室電氣柜。共兩套，另一套用于另一個高位水池。

                 

                                   圖4
    4 使用效果

    該無線監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)運行約半年時間，運行效果良好，達(dá)到了預(yù)期的要求，并且避免了耗時、耗力、耗財?shù)挠芯€布線方式，節(jié)省了綜合成本，縮短了工期，解決了現(xiàn)場電磁場對信號的干擾問題，信號準(zhǔn)確、可靠。


                                                      源自：《自動化博覽》