無線技術(shù)" title="無線技術(shù)">無線技術(shù)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(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)，而是源于缺乏對于安全、標(biāo)準(zhǔn)和合理應(yīng)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(shù)目前的應(yīng)用包括：

環(huán)保：實時報告泄壓時閥門的開關(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(shè)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(guān)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(shè)備的操作進行測試、確認(rèn)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(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設(shè)備的診斷變量。當(dāng)控制系統(tǒng)比較陳舊或者滿負荷工作時，整合Ff技術(shù)會比較難。因此無線技術(shù)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(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)點到點的有線技術(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(shè)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(luò)
　　

無線設(shè)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(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(dāng)無線設(shè)備還將繼續(xù)用于這類廣泛分布的領(lǐng)域時，一種適用于典型過程工廠的自組網(wǎng)絡(luò)誕應(yīng)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(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(jié)構(gòu)中，如果一臺設(shè)備無法通過它需要的網(wǎng)關(guān)與另一臺設(shè)備通訊，數(shù)據(jù)包則可以在許多必要設(shè)備之間進行跳躍，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，因為它允許設(shè)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(luò)達到足夠的密度，用戶完全可以相信任何一臺新添加的設(shè)備至少能和兩臺設(shè)備進行通信，所以任何一臺設(shè)備通訊失敗都不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的通訊。在自組網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備可自動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，它可以動態(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(luò)設(shè)備采用內(nèi)部供電，變送器+電池符合1級1區(qū)防爆標(biāo)準(zhǔn)，這是因為這些設(shè)備是專為過程無線應(yīng)用而設(shè)計的，而不是變送器與無線電的簡單組合。

常規(guī)的設(shè)備需要高達20mA的連續(xù)電流才能驅(qū)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(shè)備均以開機時間最小化為標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計，實際上啟動一臺設(shè)備進行數(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(rèn)證或通過高溫作業(yè)許可。

最佳實踐-安全、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用
　　

在用戶對無線技術(shù)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(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)實體包括ISA SP100推薦無線方案僅適用于特定的應(yīng)用。

請注意，與采用其他新技術(shù)相比，使用無線技術(shù)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(shù)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(shù)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(luò)來說至關(guān)重要。因為無線數(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)。一個設(shè)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(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?？煽啃裕到y(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(fēng)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(shè)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(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)備才可進入系統(tǒng)。

最后，如果密碼和口令管理不善，即便是設(shè)計最為安全的系統(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，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供應(yīng)商那里購買設(shè)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(shè)備淘汰的風(fēng)險。專有設(shè)備可以在沒有標(biāo)準(zhǔn)的時代盛行，但是實踐證明，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)與主機系統(tǒng)之間進行通訊的開放標(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手操器，使用相同設(shè)備驅(qū)動的主機將會顯示設(shè)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(shè)備的信息。

供應(yīng)商可以很方便地重新設(shè)計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(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，用戶最終將會選擇在現(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(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，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(fù)，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(shè)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(shè)計人員才能考慮使用無線技術(shù)—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(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、記錄和遠程維護。如果用戶的項目中既有監(jiān)測又有關(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)測則采用無線方案?；蛘撸脩粢部梢詫㈥P(guān)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(shè)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(jié)構(gòu)（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(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(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，一對無線電設(shè)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(dāng)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(shù)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(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。

最佳實踐-總結(jié)
　　

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(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，并能與原有主機系統(tǒng)無縫集成。

為了實現(xiàn)收益最大化和長期風(fēng)險最小化，用戶應(yīng)該：

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考慮采用無線技術(shù)實現(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)增加新的測點，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)。