今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道1 何謂無線技術？
當今大多數人每天都在利用無線技術——不管是聽收音機，打無線電話，還是用遙控器來更換電視頻道。世界各地的人們甚至可以在利用Wi-Fi服務訪問“熱點”的時候登錄互聯網。
無線技術對于某些過程工業而言也算不上什么新鮮的東西。例如，那些石油天然氣公司，也經常會利用無線系統對油田和油氣管道進行遠程監控。
當然了，迄今為止無線技術仍未在工廠內部廣泛采用。人們擔心無線系統的可靠性、安全性以及其部件使用電池的壽命，這就大大降低了無線技術的應用，即使在傳統的有線技術方案成本高昂、操作困難的情況下亦是如此。
隨著無線技術在人們擔心的這些方面得到逐步加強，這種局面也隨之改變。在許多領域的操作中，人們正在將目光投向無線技術，將它作為重要的武器來迎接自動控制方面的挑戰。
無線技術
無線通信技術種類繁多：藍牙、CDMA、GSM/GPRS、900MHz Zigbee、Wi-Fi、Wi-Max、衛星通信等等，這還僅僅是其中您可能會聽說過的一部分。為什么有這么多的無線技術呢？ 理由很簡單，沒有一種技術可以很理想地適用于任何行業的任何用途。
例如，不同的技術會更加適合在不同距離上進行傳輸。
蜂窩技術，利用現有的電信網絡，可以進行跨國或跨洲通信。
另一方面，藍牙技術以其有效而成本低廉的方式，用于鍵盤和電腦之間或者耳機和電話之間的連接——是由于它的范圍非常狹窄，這就意味著對于海上油田的通信而言，它實在不是一個正確的選擇。
雖然沒有一種單一的無線方案適用于所有的過程工業要求，還是有某些技術可以很好地應用于一些共同的用途。
GSM/GPRS廣泛地應用于蜂窩網絡，可以很好地用于遠距離數據采集，例如儲存罐庫存監視等。
900-MHz 和2.4-GHz 無線電波在油氣田的監控和SCADA應用方面也證明了它的實用性。
自組網絡在工廠內應用具有很高的可靠性——應用先進的電源管理技術時其成本效益尤其可觀。
Wi-Fi技術設計完善，穩定可靠，價格低廉，是一種基于開放式標準建立的系統。同自組織無線現場網絡結合使用時，可以提供優良的網絡主干作為數據集中和網絡組建之用。Wi-Fi的網絡存取點還可以為移動狀態的工作人員提供無線過程控制網絡上的信息。
衛星通信可以將在非常遙遠的地區進行的操作連接到中央控制室。例如，一些海上油田就利用此技術提供數據鏈連接到陸基設施。
工業應用
無論一項技術如何令人興奮，您都不可能對它進行投資——除非它對您的業務具有實際用途——可以解決您的問題或者帶來新的收益。
但是無線技術及其成熟的方案在今天已經具有了廣闊的應用范圍。大多數過程工業的操作都很容易找到可以應用無線技術的地方，而且回報豐厚。
遠程應用。假如您需要獲取數據的地方跟您使用他們的地方有數公里之遙，硬線連接顯然不太現實。這樣的例子包括如遠程監控儲存罐庫存，從遠程記錄儀收集數據，以及獲取來自于遠處的油氣田設備的診斷信息等等。
無線技術可以提供實際可行的操作方案。例如，由于蜂窩技術的應用，數據可以從相當遙遠的地方通過已有的通信網絡進行傳送而價格低廉。而您再也不需要等到下一次有人要訪問一個位于遠處的操作設施的時候才得知那里到底在發生著什么。
工廠近距離應用。即使所需要的信息就在不遠之處，有許多障礙，公路、鐵道或者河流都仍然會使得硬線連接很難變成現實。 像無人管理或者難以抵達的工廠周邊區域，例如罐區或者水處理設施等等均屬于這種情況。
然而應用無線技術，例如Wi-Fi，卻可以輕易的將那些地方連接到控制室或者工廠內的其他某個地點，采用這種連接您就可以及時知道那兒的工作狀況以便采取適當的措施。
工廠內應用。雖然工廠內部的通信距離較短，但是傳統的硬線連接有時候成本之高甚至會超過由所獲取的附加信息帶來的利潤。
無線技術譬如自組織網絡可以達成于您有利的平衡。這些易于安裝的，方便擴展的無線現場網絡以一種令人矚目的方式降低成本，添加新的測量點，或者訪問有關的診斷數據均變得簡單易行，而這些通過傳統的控制網絡和系統都是難以實施的。
無線技術還可以提高操作人員和維護人員的生產效率。在大多數生產加工應用中，處于移動狀態的工作人員都可以訪問控制以及維護的數據——無論他們身在何處。
現場總線、HART， 還是無線技術？
無線技術如何適合其他的通信技術，以便為過程自動化，例如HART和基金會現場總線提供服務？他們可以共存嗎? 還是其中一個優于另外一個？
答案是：各有優勢。為某項操作尋求最大生產力和最大的收益率，需要這些技術相互之間的配合。
HART 和基金會現場總線通信是傳統監控應用的理想之選。
對于工廠的生產和安全來說，控制應用是一種基本的手段。它對更新率的要求常常是每秒或小于一秒的速度。
傳統的監測應用對工廠的生產安全也非常重要，但是通常它對更新率的要求沒有控制應用那么頻繁。
今天的無線技術適合于許多控制應用的場合，但是對于監測那些以前無論從經濟上來說還是從物理上來說均難以著手的資產，如敷設電纜的成本要高過所帶來的利益的地方無疑更是理想的選擇。
這些增量監測裝置所提供的額外的數據，常常對工廠的業務優化，同關鍵的安全應用或基本生產上的應用相比顯得更加重要。他們要求的更新速度常常是從每幾秒一次到每天數次不等，不但經常用于控制系統，也經常與歷史數據庫或資產管理軟件結合使用。
工作穩健的無線技術還可以用于某些類型的控制應用中。具體說來，就是所選擇的方案能夠在執行時間和更新速度方面滿足要求。有代表性的應用包括開環控制和允許較長刷新時間的非關鍵控制等等。
無線技術適用于增量監測和非關鍵控制應用。
如圖1所示， 無線技術在現有設施的增量監測應用中尤顯經濟。在這些應用中要敷設新的電纜是一項復雜的工作而且成本高昂。
對于新設施來說，無線應用的優點沒有那么突出。因為這些新設施可以在一開始的時候，即基礎設施和其他的障礙還沒有對增量監測裝置的安裝形成障礙的時候，已經將有線通信的額外容量考慮在內了。 當現場總線的廣泛應用使得敷線成本和復雜性進一步減少的時候，這種優勢差別就更小了。
在有些情況下，您會發現將現場總線，HART和無線技術結合使用會得到最好的效果。 您可以在無人管理的工廠附近設施內利用基金會現場總線的現場控制功能，同時利用無線方式將他們連接到中央控制室去。
為什么現在流行無線技術？
無線不是什么新鮮出爐的事物了。但是為什么現在流行無線技術呢？
想一想移動電話都發生了些什么。蜂窩技術在大規模應用之前早已存在了至少十年之久，但是早期的移動電話體型較大，電池壽命較短，對于大多數人而言只是可望而不可及的東西。 隨著這些問題一旦解決，它的應用就呈指數形式向上竄升了。
在過程自動化方面也是類似的情況。雖然無線通信可帶來的潛在利益顯而易見，但是用戶仍然不愿意將它應用到工廠中去， 他們會考慮到安全問題、電池壽命問題、標準問題以及通信可靠性的問題，直到這些問題得以解決。
近幾年來，有數家自動化和無線技術供應商集中精力解決此類及其他存在的問題。最終的結果是，“可用于過程工業”的無線解決方案日益完備。
內置式加密、權限驗證、核實、密碼管理、抗干擾以及其他的安全措施可以保證正確使用的無線網絡同許多傳統的有線網絡一樣甚至更加安全。
先進的電源管理技術、低功率電子部件和能源凈化技術可以在能耗最小化方面發揮助力，無線裝置可以工作數年而不用更換電池。
自組網絡為無線現場網絡提供了前所未有的高可靠性。即使在工廠環境變化對現有傳輸路徑帶來干擾的情況下亦能可靠工作。
逐漸形成的行業標準，如由ISA和HART通信基金會開發的標準，在探討關于無線現場網絡的整合和長期兼容的問題。
與此同時，用戶們都在孜孜以求從他們的操作中力爭更大的生產率（和更小的成本）。無線技術為他們提供了具有良好成本效益的方法——從附加過程測量到設備診斷到庫存水平等等——來獲取信息，為達成這些目標提供幫助。
2為何采用無線技術?
對于工廠的生產過程、實物資產和整體的操作，如果您的了解越全面，生意會越安全，獲得的利潤也就會越多。
正如任何工廠的經理、工程師、操作人員或者維修工人都會告訴您的，更多(更好)的信息意味著更多的機會，來降低操作成本，提高產品質量，提升生產能力以及可用性。
不僅如此，時至今日，當許許多多的設施建立起來之后，都會有新的環境以至安全方面的要求隨之建立。與此同時，工廠總是盡力爭取獲得測量和診斷信息，以便更容易符合要求。
那么，為什么還是有些工廠不“達標”呢?
常常看到的是，要增加一處新的測量點，其成本或者難度常比預期的利潤還要高。要利用傳統的“有線”技術將測量點跟控制系統之間進行連接，由于其距離或復雜性等原因，會使成本大大提高而在實踐上難以施行。
無線技術將傳統有線現場技術方案所遭遇的障礙清除殆盡。要獲取所需要的數據變得前所未有地輕而易舉，而在此之前，無論從經濟上或是從技術上這都是難以企及的。
安裝成本的低廉僅僅是好處的一部分。更重要的是利用獲得的這些額外的信息可以做些什么。 無線技術讓處于移動狀態的工作人員從遠處就可以獲得所需要的信息，使他們可以更加有效地進行工作。
這就是為什么有越來越多的工廠轉向無線方案的原因。
減少障礙
要選用無線而不是有線現場網絡有很多原因，但是最大的原因在于安裝成本。假如干脆不用或者大大地減少使用現場接線，則意味著在安裝調試的接線和人工投入方面會有可觀的節省。
估計的結果可能會有所差別。但是當您開始對測量點安裝的前期成本進行計算的時候，包括設計、采購、安裝和啟動，以及典型的有線模擬測量點需要的配套基礎設施則會發現所有這些成本加起來遠遠地超過了測量設備本身。
假如有線系統的一些基礎設施，如纜槽、接線箱、接線板、機房等等，容量不足需要擴展以便容納更多測量點的時候，成本可能會更高。對于自動化設施，例如I/O 接口板，控制器和軟件許可等等，所需成本也是同樣的情況。
與此相比，要增加一個智能的無線測量點所需要的成本僅僅只為有線模式的很小一部分。
這就極大地降低了經濟方面的障礙。過去因成本高昂而不能采集的信息，如今已經唾手可得，使您的操作大大改善。
通過降低添加測量點的成本，成本效益提高，有線技術使得改善操作的障礙也降低了。
利用稱作“自組織網絡”的無線技術，可以進一步降低障礙。同其他無線技術相比，這些網絡在安裝和擴展方面甚至更加容易。只要每個新增加的無線設備處于網絡中的任何其他設備的范圍之內，一旦安裝完成，即會自行加入網絡。
操作人員的效率
絕大多數工廠都在從幾百個甚至上千個獨立安裝的測量點處采集數據。所有這些工作均由人工完成，操作人員攜帶記錄簿進行巡視，以每小時、每班、每天或者每周一次的頻率檢查儀表、觀察鏡、圖表記錄儀或者其他各種指示器。
操作人員花費大量時間來收集這些數據，收集地點經常偏僻而且危險。這項工作非常枯燥，常常產生差錯或者漏掉讀數。而且，他們用在收集數據上耗費的時間越多，用于分析并應用數據改進操作的時間也就越少。
現在我們來想象一下用無線技術代替記錄薄，將那些數據取回控制室。由于增加無線設備的成本相對低廉，對那些成百上千的測量點中大部分采取無線方案便成為一種可行的方式。
無線技術可以減少操作人員手動采集數據的需要。
由于無線設備可以以一定的頻率間隔自動采集并發送信息，您可以獲得更準確、更及時的對于工廠內正在發生的事件的描述，而您的操作人員則可以更少地暴露在危險環境中，將更多的時間放在更有價值的工作上。
利用無線過程控制網絡，現場操作人員還可以使用便攜式無線設備，如筆記本電腦，無需返回控制室即可訪問關鍵過程和控制信息、歷史數據以及其他功能信息。
所有這些都會賦予操作人員強大的能力，使他們的工作更加有效。
維護保養的效率
有些信息您的維修技師只能手動收集，或者您根本不能收集到，但是無線技術可以滿足您的要求。
如今的工程現場有成百萬的基于HART的智能設備，具有程度不等的診斷功能。 不幸的是，許多工廠都沒有在控制室里接收HART數據的設施。由于這些設備中只有一部分處于數字化監控狀態，在現有的工廠中訪問“擱淺”的診斷信息潛力十分巨大。
現有的有線式智能設備可以利用無線適配器進行升級，將診斷信息發送回控制室或者維修車間，由合適的工作人員據此采取恰當的必要措施。過程控制信號繼續通過有線連接進行發送，但是診斷數據同時以無線方式進行傳送以作為資產管理之用。
這種額外的信息為維修保養效率的提高提供了方便的途徑。
例如，當操作人員認為某個設備的指示值不正常時，維修人員常常需要親臨現場對設備進行檢查。經常發生這樣的情況，維修人員白白地跑了一趟卻發現沒有問題，或者問題發生在另外的環節上。
我們來計算一下到現場工作所花費的時間，先到設備地點來檢查它們的狀況，然后返回維修車間，把設備修好。您已經看到這要花多少時間了，而且，如果設備碰巧處于危險區域，維修技師還得穿上防護用具，那么時間可能更長，安全風險也增加了。
然而，利用無線方式訪問HART數據，維修人員可以無需離開控制室或者維修車間而對設備狀況進行快速方便的檢查，或進行診斷。 具有先進診斷功能的設備可以讓您在潛在的問題發生之前探知它們的存在，并在它們影響運行操作之前采取適當的行動。
當維修人員離開工廠時，無線過程控制網絡可以使他們遠距離訪問資產管理系統以進行“現場”診斷，獲取設備信息，并通過移動效率軟件進行即時跟蹤，報告有關檢查、試驗、維護和修理的情況。
庫存監控
我們在前面描述了如何通過增加無線測量點來減少手動數據收集，提高生產效率的問題。那么假如測量點位于工廠里很遠的一側或者幾百公里之外呢，無線裝置可以帶來的好處究竟有多大？
儲存罐區和其他偏僻地區的儲存設施常常處于這種情況。除非剛剛有操作人員或者運貨司機到過那里，否則您常常對每個儲存罐中到底還有多少存貨不得而知。假如出乎意料之外，在訪問間隔之內用量過大，則可能會導致儲存貨物的液位降低到危險程度甚至斷貨。另一種變通辦法是，在每個罐內另外保持一個“安全儲備”，將部分存貨常備而不用。
通過無線方式監控儲罐液位可以幫助您避免這兩種麻煩。在遠程現場自動收集測量數據，然后通過無線方式發送到最近處的移動電話發射塔，然后再通過電信網絡發送到您的工廠，或者任何其他需要的地方。
除了可以對存貨液位有一個持續的最新的了解之外，您還可以減少訪問次數，與此相關的交通費用也就隨之減少了。
符合環境法規
增加無線監控的測量點不但非常經濟，而且有助于保護環境。
例如，對于管道的流量壓力測量可以幫助探測泄漏，而且迅速確定泄漏的位置以便您可以在事故引發之前即可采取適當的措施，從而避免導致難以預料的噴射。
自動化監控還可以減少環境保護的報告和審計成本。因為通過監控，您對所有的必要信息都已經了如指掌。
以溢流閥監控為例。這些溢流閥安裝的地方，通常安裝有線設備時則成本高昂，或根本難以施行，所以操作人員不得不對每一只溢流閥進行定期檢查。 當他在檢查時發現平常套在閥上的蓋子脫落的時候，他會報告說，這只閥已經被啟動溢流，或者說，已經發生過噴射事故。
問題是您根本無從得知噴射事故發生的確切時間、多長時間或者漏泄量有多大，只知道它發生在上次操作人員巡視之后的某個時間。調查員對事故進行審核，不管發生的時間具體多長，即使僅僅發生在操作人員檢查的數分鐘之前，他也可能會按照從上次檢查以來的整個時期進行罰款。
要避免這種狀況的發生，您可以在溢流閥旁邊安裝一只無線測量發送器，將信息發送到控制室的歷史數據記錄器，這樣，您就有了一個確切記錄的證據，表明噴發事故何時發生，又持續了多長時間。
創造無線技術的應用機會
我們僅僅討論了關于無線技術在改進工廠和過程操作方面的幾個例子。但是無線技術的應用可能性幾乎是無限的。從過程控制、設備監控、環境監控、資產管理、設備診斷、能量監控/管理一直到資產追蹤、提高移動工作人員的生產效率以及安全方面的應用等等，無線技術都能大顯身手。
那么現在，其他的無線技術應用者都在創造哪些應用機會呢？
探測蒸汽管道內冷凝水聚積狀況。有一種很常見的現象，冷凝水沿著蒸汽管道在各種不同的位置聚集，產生潛在的“水擊”效應，可能對管道或下游設備造成損害。但是，您可以通過在不同的地點沿著管道安置無線溫度傳感器，觀察溫度的變化率，并以此判斷冷凝水的集結情況，然后在損壞發生之前采取行動。
監控濾器於堵情況。濾器用于收集管道內部的微粒雜質，隨著時間的增加可能發生堵塞。 現在操作人員可以不再需要定期手動檢查濾器的情況了。安裝一個無線傳感器，測量濾器兩邊的壓差，然后將信息發送回控制室，操作人員在進行判斷之后僅在必要時對濾器進行清潔即可。
對旋轉設備進行監控。對風扇、馬達和泵等過程工廠設備的典型維修程序，要求技術人員定期采集振動以及其他方面的機器健康信息。數據收集的時間間隔越長，發生不可預料的變化的危險甚至設備故障失靈的可能性就越大。另一方面，只要利用無線振動和溫度傳感器，您就可以得到反映不規則變化的即時信息， 幫助防止非計劃停車事故。
任何溫度、壓力、液位、流量或分析數據的測量都構成應用的可能性。雖然一反傳統但是很有價值的應用包括：監控管道腐蝕狀況以幫助預測泄漏可能發生的位置，或者馬達工作時的電流大小以優化其耗能狀況。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號