無線技術(shù)" title="無線技術(shù)">無線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(cè)量設(shè)備只有不到1%屬于無線設(shè)備" title="無線設(shè)備">無線設(shè)備。所幸的是，隨著技術(shù)的改進(jìn)尤其是最近自組網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，采用無線技術(shù)所遭遇的真實(shí)可見的障礙正在被克服。

其它障礙與技術(shù)本身無關(guān)，而是源于缺乏對(duì)于安全、標(biāo)準(zhǔn)和合理應(yīng)用的共識(shí)，這也就是我們?yōu)槭裁匆懻摗白罴褜?shí)踐”。 現(xiàn)在用戶可以增加以前無法以經(jīng)濟(jì)的形式實(shí)現(xiàn)的測(cè)量，從而提高工廠的安全性、可靠性和有效性，同時(shí)符合環(huán)保要求。

為什么采用無線測(cè)量呢？
　　

為什么要采用無線測(cè)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(jì)的方式獲得額外的測(cè)量數(shù)據(jù)，而以前要想獲得這些測(cè)量數(shù)據(jù)的成本是無法承受的。無線技術(shù)目前的應(yīng)用包括：

環(huán)保：實(shí)時(shí)報(bào)告泄壓時(shí)閥門的開關(guān)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(guān)以及其它報(bào)警裝置，中央控制室的操作人員即會(huì)收到信號(hào)。
　　

健康：在監(jiān)測(cè)臺(tái)即可監(jiān)控水溫和水壓，盡可能減少工作人員往返現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)的次數(shù)。
　　

過程優(yōu)化：對(duì)額外的過程溫度、壓力、流速進(jìn)行監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)分析，實(shí)現(xiàn)在線或離線的過程優(yōu)化。
　　

設(shè)備可靠性：監(jiān)測(cè)泵、電機(jī)的振動(dòng)和溫度以及過濾器堵塞和熱點(diǎn)情況。
　　

過程利用率：將手動(dòng)旁路閥門的開/關(guān)狀態(tài)信息發(fā)送給中央控制室的操作人員。
　　

臨時(shí)測(cè)量：對(duì)鍋爐、壓縮機(jī)以及其它性能要求較高的核心設(shè)備的操作進(jìn)行測(cè)試、確認(rèn)和優(yōu)化。
　　

移動(dòng)測(cè)量：測(cè)量和記錄流速、壓力、溫度和液位，并將數(shù)據(jù)傳遞給測(cè)試臺(tái)和流量校驗(yàn)器。

無線技術(shù)類似總線技術(shù)，例如Foundation Fieldbus(Ff)總線技術(shù)。它可以降低安裝成本，可方便地訪問多過程及各臺(tái)設(shè)備的診斷變量。當(dāng)控制系統(tǒng)比較陳舊或者滿負(fù)荷工作時(shí)，整合Ff技術(shù)會(huì)比較難。因此無線技術(shù)通常用于新建項(xiàng)目或是工廠的重大擴(kuò)建項(xiàng)目。

采用無線技術(shù)，即便現(xiàn)存的結(jié)構(gòu)已經(jīng)接滿有線設(shè)備，您也可以方便地在任何舊裝置中添加設(shè)備。新的無線設(shè)備可以與現(xiàn)有裝置無縫整合，可自由訪問多種變量和設(shè)備診斷信息。

與傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)的有線技術(shù)相比，無線技術(shù)和Ff技術(shù)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(jī)架和電源，以及工程、采購(gòu)和安裝人工等成本。

傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(gè)設(shè)備可提供多種過程變量或診斷信息—例如，有八個(gè)輸入點(diǎn)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(qiáng)靈活性和易于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)。

自組網(wǎng)絡(luò)
　　

無線設(shè)備用于將一些被稱為“自動(dòng)化孤島”的遠(yuǎn)程測(cè)量點(diǎn)連接到中央控制系統(tǒng)已有數(shù)十載的歷史了。在某些應(yīng)用領(lǐng)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(cè)量點(diǎn)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(jiǎn)稱SCADA）在連接這些孤立點(diǎn)方面更有優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)無線設(shè)備還將繼續(xù)用于這類廣泛分布的領(lǐng)域時(shí)，一種適用于典型過程工廠的自組網(wǎng)絡(luò)誕應(yīng)運(yùn)而生了。每臺(tái)變送器擁有一個(gè)智能無線發(fā)送器，該發(fā)送器是一種目視距離的技術(shù)，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(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間沒有實(shí)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(huì)有問題的。在網(wǎng)狀拓樸結(jié)構(gòu)中，如果一臺(tái)設(shè)備無法通過它需要的網(wǎng)關(guān)與另一臺(tái)設(shè)備通訊，數(shù)據(jù)包則可以在許多必要設(shè)備之間進(jìn)行跳躍，直到返回網(wǎng)關(guān)為止。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是工廠環(huán)境的理想之選，因?yàn)樗试S設(shè)備安裝在凹區(qū)或其它實(shí)心的金屬阻擋物體周圍，而無需購(gòu)買昂貴的天線和放大器。一旦整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)達(dá)到足夠的密度，用戶完全可以相信任何一臺(tái)新添加的設(shè)備至少能和兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行通信，所以任何一臺(tái)設(shè)備通訊失敗都不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊。在自組網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可自動(dòng)組成多條回路連接到網(wǎng)關(guān)，并且在增加新設(shè)備或出現(xiàn)阻礙物時(shí)，它可以動(dòng)態(tài)重組網(wǎng)絡(luò)，從而確保了通過較少的設(shè)備調(diào)節(jié)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度可靠性，同時(shí)避免了現(xiàn)場(chǎng)勘察成本。

無線方案的自組網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用內(nèi)部供電，變送器+電池符合1級(jí)1區(qū)防爆標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)檫@些設(shè)備是專為過程無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，而不是變送器與無線電的簡(jiǎn)單組合。

常規(guī)的設(shè)備需要高達(dá)20mA的連續(xù)電流才能驅(qū)動(dòng)模擬輸出運(yùn)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(shè)備均以開機(jī)時(shí)間最小化為標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)，實(shí)際上啟動(dòng)一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取每分鐘只需1秒。因此，在典型的應(yīng)用中，電池使用壽命可達(dá)5-7年。電池可由用戶在現(xiàn)場(chǎng)直接更換，無需進(jìn)行防爆場(chǎng)所認(rèn)證或通過高溫作業(yè)許可。

最佳實(shí)踐-安全、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用
　　

在用戶對(duì)無線技術(shù)作出特定評(píng)價(jià)之前，他們會(huì)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(quán)僅授權(quán)用戶所有？
　　

標(biāo)準(zhǔn)：該方案是否符合開放協(xié)議？能否實(shí)現(xiàn)多方設(shè)備的無縫整合？它是否限制用戶僅使用單方產(chǎn)品？
　　

合理應(yīng)用：雖然有些供應(yīng)商也推出“無線方案無處不在”方案，相關(guān)實(shí)體包括ISA SP100推薦無線方案僅適用于特定的應(yīng)用。

請(qǐng)注意，與采用其他新技術(shù)相比，使用無線技術(shù)前，對(duì)這三個(gè)方面的評(píng)估更加重要。如果沒有很仔細(xì)地考量這三個(gè)方面的因素，采用無線技術(shù)的最初3-6個(gè)月試用期，問題將不會(huì)很明顯。然而在試驗(yàn)期或在訪問參照地點(diǎn)時(shí)表現(xiàn)較好的技術(shù)方案可能會(huì)在系統(tǒng)擴(kuò)展后出現(xiàn)問題。

安全
　　

安全對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)來說至關(guān)重要。因?yàn)闊o線數(shù)據(jù)和設(shè)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(guān)。一個(gè)設(shè)計(jì)可靠的系統(tǒng)能夠確保隨時(shí)獲得數(shù)據(jù)，一個(gè)安全的系統(tǒng)能夠確保數(shù)據(jù)的有效性，且只有授權(quán)用戶才可以訪問數(shù)據(jù)和設(shè)備。黑客攻擊以及設(shè)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(jiān)固的安全系統(tǒng)可以提供多重保護(hù)抵御干擾和攻擊。首先，要確?？煽啃裕到y(tǒng)的頻率必須靈活，也就說如果一個(gè)頻率受阻，那么無線電可以選擇另一個(gè)頻率。

從理論上說，注冊(cè)和使用一個(gè)固定頻率可以避免干擾風(fēng)險(xiǎn)。而事實(shí)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(shè)備本身產(chǎn)生的一些偽真發(fā)射和隨機(jī)發(fā)射，例如焊槍、變速電機(jī)等。

固定頻率、高電流的無線電適用于遠(yuǎn)程油/氣田領(lǐng)域，而低電流跳頻能適用于設(shè)備繁多的工廠領(lǐng)域并具有較好的可靠性。此外，性能良好的網(wǎng)絡(luò)幾乎不會(huì)受到廠內(nèi)其它網(wǎng)絡(luò)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(quán)和確認(rèn)管理-只有合法設(shè)備才可進(jìn)入系統(tǒng)。

最后，如果密碼和口令管理不善，即便是設(shè)計(jì)最為安全的系統(tǒng)也很容易被破壞。因此系統(tǒng)應(yīng)該使用動(dòng)態(tài)的旋轉(zhuǎn)密鑰而不是靜態(tài)密鑰，并且應(yīng)定期更新所有設(shè)備密碼。

當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中添加新的設(shè)備時(shí)，用戶只需拿著手操器設(shè)置一下網(wǎng)絡(luò)名稱和加入口令（這與在Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行WEP加密很類似），但是只有加密的旋轉(zhuǎn)密鑰可以在網(wǎng)絡(luò)中傳播。

開放標(biāo)準(zhǔn)
　　

目前很多安裝的無線設(shè)備采用的是專有通訊協(xié)議，從此用戶只能被迫從一個(gè)供應(yīng)商那里購(gòu)買設(shè)備。這種無競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)所帶來的問題是顯而易見的，此外，用戶還要考慮設(shè)備淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。專有設(shè)備可以在沒有標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)代盛行，但是實(shí)踐證明，一旦開放的標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用，專有設(shè)備就會(huì)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(yīng)用要求，開放式無線標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)存在或正在形成。例如設(shè)立無線以太網(wǎng)就是為了“自動(dòng)化孤島”（分散的設(shè)備）之間的通訊，而GSM開放標(biāo)準(zhǔn)" title="開放標(biāo)準(zhǔn)">開放標(biāo)準(zhǔn)則適用于移動(dòng)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(guān)與主機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊的開放標(biāo)準(zhǔn)，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(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這一開放協(xié)議于2007年9月獲得認(rèn)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(shè)備。因此用戶只需同一個(gè)手操器，使用相同設(shè)備驅(qū)動(dòng)的主機(jī)將會(huì)顯示設(shè)備數(shù)據(jù)，這其中包括最近推出的EDDL的增強(qiáng)版，可兼容現(xiàn)有有線設(shè)備的信息。

供應(yīng)商可以很方便地重新設(shè)計(jì)HART產(chǎn)品的屬性以使其符合無線HART標(biāo)準(zhǔn)—目前有超過1000種HART設(shè)備是HART基金會(huì)的注冊(cè)產(chǎn)品，這能確保在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)就可以提供設(shè)備滿足需要。與早年的Ff相比，當(dāng)“niche”技術(shù)不具備Ff功能時(shí)，用戶最終將會(huì)選擇在現(xiàn)有的HART設(shè)備上增加無線功能。

由于現(xiàn)有設(shè)備是有線的，因此通過獲取診斷信息和二級(jí)變量及提供遠(yuǎn)程維護(hù)獲取的利益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所節(jié)約的接線成本。

合理應(yīng)用
　　

雖然無線技術(shù)可以帶來巨大的收益、高度的安全性以及開放的標(biāo)準(zhǔn)來降低風(fēng)險(xiǎn)，但是前提是用戶將其使用在合理的應(yīng)用領(lǐng)域。最佳的無線設(shè)計(jì)可確保數(shù)據(jù)可靠率高達(dá)99.9%，因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)傳輸都有讀取回復(fù)，并且如遇數(shù)據(jù)傳輸受阻或受干擾，就會(huì)自動(dòng)再發(fā)送，直到發(fā)送成功為止。但是，沒有一種設(shè)計(jì)可以保證每一條信息都能夠即刻到達(dá)，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(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員才能考慮使用無線技術(shù)—數(shù)據(jù)到達(dá)有時(shí)會(huì)延遲不到1秒，有時(shí)10秒或更久些。既然數(shù)據(jù)都有時(shí)間戳，延遲并不影響趨勢(shì)的有效性和事件記錄。因此在監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)分析或開放控制回路應(yīng)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(yīng)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(shù)只能用于監(jiān)測(cè)、記錄和遠(yuǎn)程維護(hù)。如果用戶的項(xiàng)目中既有監(jiān)測(cè)又有關(guān)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(cè)則采用無線方案?；蛘?，用戶也可以將關(guān)鍵控制和安全邏輯放到現(xiàn)場(chǎng)控制器或PLC中，如果是Ff系統(tǒng)，還可以放到設(shè)備中?，F(xiàn)場(chǎng)控制器的更新數(shù)據(jù)可通過無線方式傳遞到中央主機(jī)，變量延遲只對(duì)更新的速度或操作員指令有所影響，并不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)控制本身。

在原有完整結(jié)構(gòu)（接線盒、線槽、DCS I/O等）中增加新的測(cè)量點(diǎn)，用戶可將現(xiàn)有硬接線監(jiān)測(cè)方式改為無線方式不失為一種創(chuàng)新。然后這種自由升級(jí)的結(jié)構(gòu)還可應(yīng)用于新的關(guān)鍵控制/安全裝置。單是安裝成本的節(jié)省就夠用戶再購(gòu)置一套新的無線裝置了，而且今后的擴(kuò)展也很方便。

值得注意的是，用戶不能以試用期或者對(duì)類似地點(diǎn)短期考察時(shí)的延時(shí)預(yù)期值為基準(zhǔn)。以采用RF無線技術(shù)的家用服務(wù)無線電設(shè)備為例，一對(duì)無線電設(shè)備在本地工廠的測(cè)試期內(nèi)可能表現(xiàn)優(yōu)異，幾乎不受干擾，信號(hào)傳送距離可達(dá)幾公里，延遲時(shí)間也很短。但是當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展后，干擾就會(huì)增加，信號(hào)傳送距離也會(huì)減少，數(shù)據(jù)延遲時(shí)間就可能會(huì)數(shù)十倍地增加。

隨著無線技術(shù)的發(fā)展與用戶經(jīng)驗(yàn)的不斷提高，我們可能不再需要指導(dǎo)方針了，而在不久的將來無線設(shè)備也甚至?xí)谧钪匾目刂坪桶踩珣?yīng)用中得以使用。

最佳實(shí)踐-總結(jié)
　　

用戶現(xiàn)在可以增加以前無法以經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)的測(cè)量，從而提高工廠的安全性和可靠性，同時(shí)工廠運(yùn)行效率更高，更符合環(huán)保法規(guī)。新的無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)降低了安裝成本，可方便靈活地訪問多變量設(shè)備和診斷信息，并能與原有主機(jī)系統(tǒng)無縫集成。

為了實(shí)現(xiàn)收益最大化和長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)最小化，用戶應(yīng)該：

?

考慮采用無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的監(jiān)控及記錄應(yīng)用。
　　

在老的系統(tǒng)工廠中，如需在重要環(huán)節(jié)增加新的測(cè)點(diǎn)，可考慮使用無線技術(shù)替代現(xiàn)有有線結(jié)構(gòu)
　

確保任何一種無線方案都符合安全及開放標(biāo)準(zhǔn)。