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    在采礦或礦石加工工廠中凡涉及到設計、操作、維護或升級的工作人員都十分熱衷于無線技術，因為它消除了阻隔重要信息傳遞的屏障。在保護工作人員的人身安全、滿足環境法規要求、管理工廠安全、跟蹤工廠人員和設備、提高設備維護效率等方面，無線通訊發揮了積極的作用。

    無線方案的成本結構讓人驚嘆，用戶對于它帶來的節省可以一目了然--- 由于沒有了接線和相關的工程及文檔費用，無線方案與有線方案相比，可節省90%以上的安裝成本。 許多應用過去需要花費高昂成本，而現在可以通過無線技術變得經濟可行。讓我們來舉2個例子，一個是對安全噴淋進行連續監測，以提示操作人員其是否處于可用狀態；另一個是監測臭氣，以確保排放符合環境法規。

    在許多應用案例中，無線變送器可解決以往安裝有線設備費用高昂或技術上無法實現的困境。例如監測旋轉反應爐的溫度或是在嚴酷工況中測量過程參數。操作人員還可通過無線技術從難以到達的區域獲得遠程信息，大大提高了工作的靈活性。

    根據Venture Development公司在2008年底對微波工業中監測及控制設備的無線頻率研究顯示，正是無線通訊的這些特性推動了工業無線應用的升溫，他們認為工業無線的應用在2007年到2012年之間將以每年19%的速度增長。

    于此同時，礦業廠商對于工業無線系統的適用性、可靠性和安全性也提出了很多問題，諸如：無線能做什么？它是否安全可靠？無線儀表是否能適應嚴酷的工況？無線技術能否能靈活適應采礦業的應用需求？

無線的定義

    無線技術可在以下兩大方面對采礦業產生重大影響：基于傳感器和現場儀表的無線現場網絡和應用于業務管理的工廠網絡。

    無線現場網絡- 具有自組織網絡結構的無線現場網絡基于WirelessHART通訊標準，安裝簡便，無需現場勘查，可輕松獲取測量和診斷數據。WirelessHART標準于2007年9月由200多家HART通訊基金會成員公司共同通過，它是專為過程工業，包括采礦業而設計的。WirelessHART被著名的咨詢公司ARC譽為自動化3大趨勢之一。

    WirelessHART設備只需很小的帶寬，就能達到很高的通訊性能。無線通訊采用的是經過驗證的工業技術，并且在設計時充分考慮了安全性和可靠性。其自組織網狀網絡為現場儀表的相互通訊提供了平臺，最大限度地確保了網絡的集成，不讓任何一個信號點出現問題。網絡中每臺設備都可以是一個連接點，它們會自動尋找最佳的通訊路徑，如果出現臨時障礙擋住通訊路徑，鄰近的設備會自動建立新的通訊路徑繼續傳遞信號，使數據傳遞的可靠性達到99%以上。

    在規劃無線現場網絡時，無需預先對無線電頻率進行現場勘查，自組織網絡可令通訊暢通無阻，尤其在金屬密度很高的工廠環境中，自組織網絡更可以大顯伸手。

    電池壽命也是需要考慮的一項重要技術指標。所有無線設備都可設置成省電模式，以延長其使用壽命，電池的使用時間取決于設備傳遞數據的頻率。當前的電池技術結合了能效測量儀器，可使大多數應用于溫度和液位測量的無線設備電池壽命延長到10年。無線工廠結構非常經濟而且可方便地將現場數據與自動化系統或資產管理進行整合。無線現場設備可廣泛分布在工廠的邊緣地區，穿越公路、河道或安裝在鐵路槽車、船支及卡車等移動平臺上，用以收集過程信息，這是有線設備無法做到的。

    無線工廠網絡基于IEEE802.11標準，采用網狀WiFi技術，以經濟的成本為工廠運行搭建戶外無線網絡。無線工廠網絡為各種固定和移動應用提供了安全、高帶寬、可靠和靈活的獲取信息的方式，如過程監測、資產跟蹤、視頻監視、音頻通訊等。典型的無線工廠結構一般由網狀接入點、局域網控制器和網絡管理軟件組成。

    在使用無線工廠網絡時，安全是一個重要考慮因素。幸運的是，應用于工業的無線工廠網絡技術已經應運而生。為了防止無線竅聽和其它外部攻擊，所有數據傳輸都進行加密和用戶授權，所采用的安全標準和協議均符合802.11i、WPA2和AES。

    無線工廠網絡的另一個要求就是可靠。采用智能化的路徑協議來建立和維護無線網絡，為網絡提供自愈合、自修復和抗干擾等功能。遠程接入點可在網絡中選擇最佳通訊路徑，降低無線電頻率的干擾，實現網絡容量最大化。

問答

無線到底可以做什么？

    在有線設備無法到達的區域、危險區域，沒有電源或是無法布線的區域，無線設備可以更快更方便地進行安裝。由此獲取的數據將縮短工作人員對設備故障的響應時間，甚至可預測即將發生的問題，從而避免非計劃停車。隨之帶來的好處還包括更多地了解過程狀況和更高的工廠性能，最終達到了節省成本提高效率的目的。

    無線技術為獲取有用信息提供了更為有效和簡單的方法。例如，工作人員可在任何地方訪問和操作各種數據；可對廠區內的人員和設備進行連續監視；安全系統確保所有訪問都經過授權；攝像頭不但用來監測圍墻，還可監測過程。無線技術以方便經濟地方式讓工作人員更好地了解過程狀況。

無線數據是否可靠？

    任何一種無線系統的可靠性都取決于其信息的傳遞能力，尤其是遇到設備故障或視線距離路徑被阻擋的情況。與點到點的無線系統不同，艾默生的智能無線方案采用的是網狀網絡結構，它的通訊路徑不是唯一的，而是冗余的，這就大大提高了通訊的可靠性，在無線設備與網關之間無論是出現了臨時的還是永久性的障礙，都不會影響通訊。事實上，自組織無線網狀網絡可實現99%以上的網絡可靠性。

無線設備是否適用于采礦和礦石加工這種嚴酷工況？

    艾默生的無線設備已成功應用于加拿大北部的油砂控制，這是全球環境最惡劣的地方之一；在澳大利亞無線設備曾用來監測卸船用海上瀝青輸送管道上的加熱裝置；在西弗吉尼亞，無線設備抵御了軋鋼機的高溫和潮濕。無論面對怎樣的挑戰，無線裝置的可靠性始終高于90%。

對于采礦和礦石加工工業，無線是否具有足夠的靈活性？

    開放性是WirelessHART標準最大的好處。無論是供應商還是最終用戶都可以對無線產品及其應用進行有益的創新和開發。

無線現場網絡的應用

    目前無線現場設備主要應用于以下2個方面：
    必須新增加的測量
    點希望增加的測量點

    為了滿足環境和安全法規，有時必須增加新的測點，例如根據法律要求測量遠程區域的流量、儲罐液位以及排污質量。法規的制定者不會考慮因此帶來的挑戰，他們只關心是否符合法規。

    位于阿拉巴馬的一家煉油廠需要監測排放到河道的冷卻水溫度，這時只需一臺羅斯蒙特無線變送器就能監測回流水溫，以確保排放符合當地法規，并連續地將數據傳輸到與集散控制系統相連的無線網關上。

    希望增加的測點是指以前需要花費高昂成本才能實現的測量，通常情況，在建設過程工廠時，往往有一些設計好的測量點因成本原因，最終就不連了，但之后，操作人員還是會覺得有很多參數需要連續測量，以提高工廠性能。由于無線設備的安裝不需高昂的成本，從這些測量點獲取信息也隨即成為可能。

    以前，技術人員需要定時前往現場記錄遠程設備的測量讀數，這樣做很費時。例如在一家礦石加工廠內，需要對加熱溶出液的熱交換爐進行連續監測防止內部結圬，然而過去獲得數據的速度不夠快，而且現場數據記錄儀無法對異常狀況進行提示，也不能提供趨勢信息。安裝無線壓力變送器后，可對4臺溶出液加熱裝置之間的壓差進行連續監測，同時將數據傳至艾默生智能無線網關，使用至今運行良好，除了暴雨及極端惡劣天氣外，網絡的可靠性達到了100%。

    另一個典型案例是對旋轉設備進行連續振動監測，過去唯一獲取數據進行分析的途徑是定時去現場記錄，新的無線振動監測設備可實現對遠程電機和泵的進一步掌控，這將有望成為無線在采礦行業的主要應用。

    無線閥位監測器在礦石加工中也起到了積極的作用，在很多工廠中，閥門都是手動操作或半自動的，基本無法進行監控，受成本和地理位置等限制，更談不上提供診斷信息了，由于錯誤的閥位會引發安全事故，因此設備診斷非常重要。

    給控制閥增加無線通訊功能的另一個原因是希望獲得閥門的狀態信息。對于在運行過程中的控制閥，由于無法看到控制閥的內部情況，所以不能判斷它是否運行良好。例如，閥門的行程偏差是無法通過外部觀察進行判斷的，除非是借助智能閥門控制器或將閥門拆下，當偏差超過5%而且持續5秒以上才可以斷定有故障了。

    對于處在偏遠或難以到達地區的閥門來說，無線無疑是最佳的也是最經濟的一種提高響應速度和過程效率的通訊方法。與有線方案相比，無線方案可節省90%的安裝費用，這使得無線的應用到了越來越多的關注。

無線工廠網絡應用

    采用無線工廠網絡，工廠中的移動作業人員能夠始終與控制系統和管理系統保持有效和及時的通訊。例如，現場操作人員和維護人員可在現場通過筆記本電腦或掌上電腦無線訪問過程數據和業務管理系統。在現場的工作人員還可以根據實時的工作指令進行操作，利用過程數據和設備數據排除故障；直接把工作報告存檔；獲取材料和設備的條形碼信息。這一切都將提高工廠工作人員的工作效率，尤其是采礦廠，工作人員通常都在現場工作。

    位置跟蹤。位置跟蹤融合了多種視頻技術，采用標準的WiFi通訊協議和先進的定位引擎，對廠區內的人員和設備進行跟蹤。這項功能提高了人員和工廠資產的安全性，優化了對危險區域重要設備的管理。如果發布了緊急撤離指令，無線跟蹤系統就能自動識別和記錄有哪些工作人員已經趕到召集站了。這種功能還可用于記錄工作人員進出危險場所和禁區的情況。

    艾默生的位置跟蹤系統是專門為危險環境而設計的，采用標準的WiFi網狀網絡傳遞實時的位置信息。位置信號接受器、激勵器和RFID標簽可精確地監測采礦廠內的人員和設備位置，WiFi、超寬帶、GPS、阻塞點（choke-pint）以及RFID等技術都被整合到同一個網絡中。尋找設備的時間大大節省了，由于檢修、突發事件和新的工程項目引起的生產中斷和延遲也將顯著減少。

    關鍵業務的視頻文件可通過無線技術靈活地傳送到控制室、辦公室和其它地方，這是有線技術無法實現的。與派遣人員進行現場巡視相比，無線高數據流視頻系統是一種更快、更簡單而且成本更低的過程監視方法。

    語音無線局域網可支持無線工廠網絡的移動語音通訊。IP電話的使用就像一般的手機，只不過通話是采用網絡語音協議通過無線工廠網絡實現的。

    語音無線局域網更適合于移動的現場作業人員接受工作指令和緊急命令。管理人員和操作人員之間的即時通訊能夠促進開車和停車階段的溝通和協調。語音IP電話使現場人員能夠始終保持聯絡，一旦發生緊急情況，可立即發送求救信號，救援小組也能立刻收到實時信息。

    語音無線局域網使無線工廠網絡的使用得到了推進，它可以提供語音和數據服務，而無需支付網絡月租費，它的投資成本要低于其它通訊方式。

目標/結果

    無線方案的可靠性、低安裝成本和工業級安全標準吸引了諸多采礦企業。和其它工業企業一樣，他們希望通過無線技術降低成本、提高效率和生產能力、減少非計劃停車。無線技術還具有以下優勢：

    可以從無法到達的測點獲取更多更好的數據
    更快地響應設備故障
    進一步了解過程狀況
    無需電纜和接線，降低安裝成本
    降低維護成本
    對于變化的響應更靈活

    據分析，采用無線技術可提高質量、產量和效率，同時降低運行成本、維護成本以及安全健康環保的管理成本。

如何起步

    大多數儀表供應商都支持WirelessHART標準，并可為采礦企業的無線應用提供服務。艾默生是目前唯一一家能夠提供集標準化無線設備和控制系統于一體的自動化系統供應商。艾默生不僅能提供智能無線現場設備，而且還提供智能無線網關，它能夠接收至多99臺變送器發送的信息，并將這些信息集成到自動化系統中。此外，通過AMS Suite預測維護軟件的設備診斷信息，工作人員能夠確定設備何時需要維護，從而方便地管理工廠設備。

    為了讓感興趣的用戶不需要做太多投資就能體驗無線技術，艾默生推出了SmartPack無線啟動包，它配置了基本的無線變送器、一臺智能無線網關和調試自組織無線網狀網絡的說明書，有了這些就能搭建起一個功能齊備的無線網絡了。

關于艾默生過程管理

    艾默生過程管理www.EmersonProcess.com  （全球）、www.EmersonProcess.cn （中國）是艾默生業務的一部分，其在化工、石油天然氣、煉油、紙漿和造紙、電力、食品與飲料、制藥和其它的工業的自動化領域中居于領先地位。針對特定的工業行業提供優質的產品和技術、咨詢、項目管理和維護服務。艾默生過程管理公司的品牌包括: PlantWeb®, DeltaV™, Ovation®, Fisher®, Micro Motion®, Rosemount®, Mobrey®, Daniel®, Bristol®, 和 AMS™ Suite.

關于艾默生

    總部位于美國圣路易斯市的艾默生（紐約證券交易所股票代碼:EMR）是一家全球領先的公司，該公司將技術與工程相結合，在網絡能源、過程管理、工業自動化、環境優化技術及家電和工具等領域為客戶提供創新性的解決方案。公司 2009 財年的銷售額達 209 億美元，并在《財富》美國 500 強最大企業排名中名列第 94 位。如欲了解進一步信息，歡迎訪問 www.Emerson.com （全球）、www.Emerson.com.cn （中國）。