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                  √ 廠內應用       √ 工廠附近應用      √ 遠距離應用

                  √ 移動工作人員   √ 控制

1 概述

    無線技術近來的發展使它在過程自動化領域的應用變得更加容易，也帶來了相關的利益，包括改善勞動生產率的機會，更好地對庫存進行管理，維護減少以及性能優化等。 

    沒有任何一種單一的無線技術可以適用于所有的應用要求。潛在的應用有如此之多， 每一種都具有不同的要求，以及不同的“最佳”方案。 好消息是， 既然有如此多的潛在應用， 那么用戶就有大量的機會來利用無線技術工作。 

    本篇內容概括了三種常見的無線技術在過程自動化領域的應用類型，包括了相關例證和各自的好處。 

    這些只是幾個例子而已，因為潛在應用的數量幾乎是無限的。 在用戶的整個操作中時時處處都有應用的機會。 

2 廠內應用    

    有些無線應用包含了從幾百米到幾百公里距離的通信范圍。但是即使是在工廠之內的更近的距離，有時利用傳統的有線連接也是過于困難或者昂貴的，因為無法實行。 

    無線技術可以幫助克服這些經濟和技術方面的障礙。 事實上，工廠內部潛在信息的密度為人們提供了大量的機會。 

    以下將選擇其中兩種最常見的機會進行探討： 一是低成本的增量測量，另外一個是訪問“擱淺的”診斷信息。 

2.1 低成本增量測量

    請想一下利用添加的這些測量點帶來的信息用戶可以做些什么。

    例如，如果用戶擁有更多的關于儲罐液位、蒸汽管道溫度或者溢流閥狀態的實時數據，用戶能否增加操作過程的正常工作時間，提高操作的連貫性，或者更快地探測到泄放事故的信息？可能性是無限的，關鍵是用戶能想象出來多少種方法來對操作加以改進。 

    然而傳統上，增加測量點意味著需要增加電線以便將數據送回控制室，但是往往這樣做的成本最終會超過潛在的收益。當用戶將設計、采購、安裝、啟動以及為支持一個典型的模擬測量點所需要的基礎設施等都包含在一起，那么每個測量點和總成本可能會達到將近一萬美元。 

    另一方面，如果安裝一個無線的監測點，安裝費用大概只占有線方案成本的一小部分，90％的安裝成本會節省下來。 這就將成本效益的平衡點大大地偏移到了于用戶有利的一邊。 

    增加無線測量點的低成本和便利向用戶證明了將手動數據收集進行自動化是正確的。這種“拿著記錄板巡回檢查”的方式讓操作人員無法將生產率加以提高。手動數據收集工作不僅費時，而且很容易出錯。 由于操作人員常常工作太忙，在檢查的時候漏掉一個測量點也是很經常的事。    

    雖然有些工廠嘗試過使用各種不同的無線技術來收集測量數據，但是只有自組織網絡的可靠性和耐用性給他們帶來了真正的利益。 很簡單的概念： 網絡中的每個設備都不僅僅作為單純的測量點，而且作為相鄰設備進行通信的路由器。 如果一條信息不通過直接的路徑進行傳遞，它就會自動地通過其它設備改道發送。 

2.2 訪問擱淺的診斷信息

    基于HART 現場設備的優點之一，就是它們具有嵌入式的診斷能力。但是很不幸，這些診斷信息常常處于“擱淺”或者無用狀態，這是因為許多老式的控制系統并不支持HART通信模式。 

    結果是，工廠里雖然安裝有成百上千的HART設備，卻無法利用它們所產生的診斷信息來減少維護成本。 

    通過提供一個獨立的（但是簡單而便宜的）連接， 無線技術可以幫助您獲取HART設備中的擱淺的診斷信息，從而獲益。 

    這種技術方案是，在現有的HART設備上添加一個無線模塊，這些模塊同回路進行電氣連接，但是無需中斷回路以進行安裝，而且在獲取HART數據的同時也不會對模擬控制信號產生影響。

    無線裝置通過自組織網絡同網關進行通信。同有線系統的多路轉換器一樣，網關將來自于所有設備的數據集中在一起送往中央控制室，在這兒用戶可以使用資產管理軟件來訪問診斷信息。  

    無線通信裝置、網關以及資產管理軟件的成本增加相對較小，所以要獲取HART設備的診斷信息真是易如反掌。利用診斷信息這個工具，用戶可以改善過程操作，做出決定進行系統維護，而無需頻繁地奔赴現場進行考察，并因此增加勞動成本。 

3 工廠附近的應用

    有時即使距離不算很遠，或者有一些其它的障礙（例如公路或這河流），都會導致有線連接費用昂貴，難以安裝。 

    某些難于抵達的或者沒有人員配備的工廠周邊地帶，包括油罐區、裝卸站點或碼頭以及環境處理過程等，都是這種情況。用戶也可能會在自己的操作中想到幾種類似的應用。 

    這些工廠附近的應用亦可得益于無線技術。無線應用最好的方法，常常是將遠處區域內使用的基金會現場總線技術同無線技術結合使用，連接回中央控制室。

    除了安裝費用較低之外，基金會現場總線還提供一項功能使它成為這些應用的理想選擇：許多現場總線設備可以獨立于主機系統之外而完成控制功能。裝備了無線通信設備的現場總線接口模塊可以對數據進行整合，并以無線方式將它們從遠處的現場送回中央控制室，或者任何其它需要的地方。 

    結合基金會現場總線和無線技術，可以為工廠附近應用的自動化提供一條成本效益很好的途徑。

    這樣的安排為用戶帶來的好處是，在這些區域的監測得以加強，控制更加方便，而這在以前是很難做到的 但是這還不是全部的優勢：無線連接和現場總線技術還使智能設備的遠距離診斷成為可能（通過中央資產管理系統），并減少了到偏遠地點進行頻繁“設備檢查”的來回次數。 

4 遠距離應用

    在硬線連接行不通的地方，無線技術常常是一個合理選擇。尤其當測量點或者用戶需要的資產信息距離使用地點很遠的時候，肯定要用這種方法。

    這種類型的例子包括：

    （1）遠距離庫存監測

    （2）遠距離圖表記錄儀

    （3）遠距離油氣田故障診斷

4.1 庫存監測

    生產低溫儲存的氣體、燃油、丙烷或者專用化學制品的公司常常使用卡車將這些產品運輸到客戶的儲存罐中去，而這些儲存罐所處的地理位置常常分布較遠。 

    對這些產品的運送進行管理，確保儲罐總是保持有足夠的庫存從而達到客戶的要求，對物流人員實在是一件棘手的事情，特別是有時候用戶不知道每個罐中到底還有多少存貨， 而不得不耐心等待，直到卡車司機在下一次送貨時進行手動檢查之后方能了解。 太頻繁地派卡車司機前去檢查會增加運送成本，而且會占用本來可能會在其它地方銷售的產品。 但是如果不這么做，就不得不面對風險，例如儲存罐空了，客戶怒氣沖沖，又比如增加的緊急運輸的費用等情況。 

    有了無線技術，就可以對庫存量進行自動監測，最大可能地減少儲罐斷貨的風險，并減少不必要的卡車運輸。 

    例如， 蜂窩式無線通信設備可以在遠程位置以無線方式將儲罐的庫存量測量值發送到最近的手機信號發射塔。 從這里信息經過公共通信網絡進行傳播，直到數據服務器。 然后您就可以通過安全的網絡界面來訪問數據，同使用電腦在因特網上訪問銀行賬戶信息一模一樣。 

    蜂窩技術可以幫助您訪問遠距離之外的庫存數據，操作方便，費用低廉。 

    這種無線技術的應用有幾個好處：  

    （1）盡可能減少不必要的運貨次數。當儲罐內的存貨達到預定液位的時候，會自動產生報警，通知安排送貨的時間已到。 而在真正有必要之前，用戶無需派卡車前去送貨，“只要處在安全狀態即可”。 

    （2）防止儲罐斷貨。同樣會發送警報，通知需要送貨了，因此用戶可以及時地做出送貨計劃，防止儲罐庫存用光。 

    （3）降低對安全庫存的需求。您還可以為庫存液位警報編制程序，以便通知您何時需要進行調整，使安全庫存的量降到最低。 

    （4）出錯更少。對于手動監測而言，人為差錯總是難以避免。 自動化可以使潛在的錯誤降到最低的程度。 

4.2 圖表記錄儀

    紙質圖表記錄儀常常用于跟蹤偏遠地區的壓力、液位或者溫度測量值。使用傳統的技術會要求每周或者每月定期到遠處的現場，以便收集紙質圖表，解釋數據并安裝新的紙輪。 

    更重要的是，當前的數據只有在定期現場訪問的時候才可以得到。而且假如記錄器發生了故障，數據探測則要到下一次訪問的時候才可進行，而下一次訪問可能要幾個星期之后了。 

    無線技術可以幫助消除這些缺陷。例如，利用配備了蜂窩式無線通信裝置的測量設備，可以從遠處的現場自動發送數據，提高數據收集和分析的能力。用戶可以非常及時的獲得需要的信息，而且不再需要有人驅車前往更換紙輪。 

4.3 診斷油氣田故障

    無線技術在油氣工業也扮演重要角色。 在這個行業里，生產和分配系統可能會跨越數百公里之遠。例如在很多年前， 在北美洲， 監控和數據采集系統（SCADA）利用高功率900MHz無線技術同遠在水源、管道和其它偏遠現場的遠端監測單元（RTU）進行通信。

    要在如此廣闊的地區內對設備進行維護是一件十分困難的工作，需要大量的人工；假如設備的最新健康和狀態信息能夠很容易獲取，這些工作本來應該更加簡單。 很不幸的是，傳統的SCADA系統通常不能提供如此珍貴的信息，而是完全依賴于操作人員或者工程師來注意何時過程測量結果的異常會暗示可能的設備故障。 

    但是最近，隨著無線技術取得的進展，RTU的性能有所改善，這就使來自于HART現場設備的診斷信息發送到中央資產管理系統成為可能。 這些信息使工作人員在遠程設備發生故障或停車前就能方便地偵測和診斷潛在的問題。

5 無線技術和移動工作人員

    無線技術可以提高工作人員的生產效率，尤其是對那些在任務遍布于整個工廠之內，有很多時間都遠離控制室的工作人員而言。 

    恰如前面所述，大多數工廠的操作人員收集數據的方式是“記錄板巡回方式”，手動對數百個獨立的測量點進行檢查，包括儀表、觀察鏡、圖表記錄儀或者其它的指示器等等，每小時一次，或者每班、每天、每星期不等。 現在想象一下用無線技術代替記錄板將這些數據帶回控制室。 增加無線設備成本低廉，因而對于成百上千的許多測量點來說，是切實可行的方法。 

    由于無線設備可以更頻繁地自動收集并傳輸信息，用戶會得到一個更準確、更切近的圖片來描述工廠內發生的一，而用戶的操作人員可以減少在有害環境中的暴露，獲得更多的時間從事更高價值的工作。

    無線技術可以延伸處于移動狀態的工作人員對關鍵過程信息、歷史數據、圖表以及其它關鍵功能的訪問。 例如，操作人員可以在現場使用配有無線裝置的平板電腦，同工廠控制網絡的各種系統和應用進行通信，而無需返回到控制室。 

    無線技術可以提供很多信息，而這些信息維修技師現在只能手動收集，或者根本無法收集。例如， 維修技師常常不得不親臨現場，檢查那些讀數同預期值有差別的設備。 經常會發生趕到遠處的現場進行檢查時卻發現根本沒有問題，或者問題是發生在回路的另外部分的情況。 

    然而，通過應用無線技術訪問HART數據，維修隊可以迅速而且很容易地檢查設備狀況，進行診斷而無需離開控制室或維修車間。 帶有高級診斷功能的設備甚至可以使用戶在問題發生之前探知潛在的問題，以便可以在設備的正常運行受到影響之前采取正確的措施。 

6 無線技術和控制應用

    大多數無線技術應用都包含監測和診斷功能。 這是因為今天無線技術最大的價值在于它能夠提供額外的信息，幫助用戶充分利用其操作過程。 

    在將無線技術應用到最難的過程控制問題之前， 最好先取得一些在監測和非關鍵控制應用方面的經驗，例如開環控制、耐等待以及非關鍵控制等。 

    大多數廠內無線技術方案都應用自組織網絡，這種網絡對控制而言已經足夠穩健可靠，而且可以維持一個價格較低的、經過優化以便于監測的結構。 良好而靈活的網絡設計可以滿足用戶所有的要求，而且成本效益較好。 

7 總結 

    在過程和資產管理方面，無線技術創造了令人激動的機會，包括對信息的利用，這些信息在以前無論從經濟上還是在技術上都難以獲得。 這些機會包括： 

    （1）監測遠距離的庫存液位，減少物流成本；

    （2）使遠距離圖標記錄器自動化，及時獲取數據，減少勞動成本和人為錯誤；

    （3）從偏遠的油氣田設備獲取診斷數據；

    （4）若有線連接不實用，可以使工廠附近的操作以無線方式自動化；

    （5）增加廠內測量點，獲得對操作過程的充分認識；

    （6）利用遍及廠內的HART設備中“擱淺”的診斷信息。

    以上所述僅僅是根據當前的無線技術用戶已經取得的利益類型。 根據用戶自己的操作狀況，您還可以發掘出許多更具有潛力的應用方式。