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    胡嘉偉（1973-）

    男，1993年畢業(yè)于貴州大學電子科學系電子技術專業(yè)，2000年至今先后擔任3*8萬噸/年磷酸濃縮裝置，20萬噸 /年、60萬噸/年、80萬噸/年硫磺制酸裝置，24萬噸/年磷酸二銨裝置，2*30萬噸/年磷酸萃取裝置等多套化工裝置自控專業(yè)項目負責人，長期從事磷化工現場過程控制工作。

    摘  要：文章簡單分析了無線技術的應用場合和可以為工業(yè)應用帶來的好處，并針對Trusted Wireless技術在高位水池監(jiān)控中的應用進行了詳細的介紹與分析。

    關鍵詞：無線；Trusted Wireless；水池監(jiān)控

    Abstract: This paper analyzes the application field of wireless technology and its benefit to the customers. Especially, in this paper, we make a detailed description and introduction of Trusted Wireless technology in the monitoring of pool applications.

    Key words: Wireless; Trusted Wireless; Monitoring of pool

    1 引言

    隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，新技術的應用也越來越廣泛，工業(yè)通訊系統(tǒng)和安全控制技術是當今國際工業(yè)自動化領域技術發(fā)展的熱點?，F場信息化的發(fā)展和先進的遠程現場設備診斷使設備從被動性維護向主動性維護發(fā)展。目前，隨著無線技術的革新，工業(yè)領域的技術人員都在研究“配置使用無線技術的可行性”，以達到“風險最小化，資產使用最優(yōu)化”的目標。

    無線技術并不是萬能的，不能完全替代有線方式的應用，但它作為有線方式的最好的、最有益的補充之一，在特定的工業(yè)控制領域起到其獨特而無法替代的好處，而由有線和無線的無縫連接實現的工業(yè)控制網絡也必將是今后工業(yè)控制領域的一個趨勢。

    那么在哪些場合“主動的維護”和“風險最小化,資產使用最優(yōu)化”要去考慮“配置使用無線技術的可行性”呢？當信號線需要穿越高速公路、鐵路、河流等；信號需要從偏遠、荒蕪的地方傳到控制室，長距離布線的人力和物力成本很高；旋轉、移動的機械或設備信號時斷時續(xù)，后期維護成本高昂；許多儀表、設備位于有爆炸危險、高污染、干擾強烈或高輻射的區(qū)域，維護、調試極易造成人身傷害或財產損失……無需多言，在這些情況下，無線解決方案無疑是最佳的選擇。因為無線電磁波經由開放空間內的傳輸，大大減小了耗時而高成本的安裝，它借助所使用天線的發(fā)散特性，無線信號可覆蓋大面積的戶外區(qū)域或內空間，能夠穿透或覆蓋無法進行線纜安裝的區(qū)域，保證設備在信號范圍內的自由移動和網絡接入，而不受安裝的限制。同時無線傳輸無阻抗、無污染、微功率而又不受常見電磁干擾，同時是免維護的解決方案，與硬件成本相比，其潛在的節(jié)約成本空間更大。

   2 應用背景

    2009年初，在貴州開磷集團礦肥有限責任公司消防系統(tǒng)項目高位水池監(jiān)控中遇到了一個比較棘手的問題，如圖1所示。

                   

                                          圖1

    在圖中山頂高位水池標識的地方有高位水池一個（如圖2所示）。該高位水池主要是用來儲存消防用水，因為該企業(yè)是一家生產磷肥的企業(yè)，這也決定了其對消防系統(tǒng)更高的要求，必須時刻保證高位水池內有充足的水量，而需要將高位水池的水位、壓力等信息采集到控制室進行實時監(jiān)控。但是高位水池在山頂，從高位水池到控制室直線距離600米左右，如果鋪設信號電纜的話，需要花費很大的人力、物力和財力去挖線纜溝、埋線、布線，由于工期相對較緊，傳統(tǒng)有線方式耗時太長。而且在后期使用中，一旦信號線纜被野生動物或其它原因破壞，很難找到破壞點進行維修，這樣勢必影響到正常的信號監(jiān)控，并將提高維護成本。并且在現場有高壓線經過，電磁干擾非常大（如圖3），如果采用有線的方式，控制室接受到的信號將收到干擾，影響準確性、可靠性。

                
  
                  圖2                                         圖3

    3 解決方案

    基于以上原因，該廠考慮采用無線方案來實現高位水池的監(jiān)控。而對于所有的無線技術而言，可靠性、簡單性、功效、傳輸范圍和成本是比較、評估和選擇工業(yè)無線技術的五個最重要的指標。每個指標都以獨特的視角展示了某個技術的優(yōu)點。為確保針對給定應用選出了最合適的無線技術，筆者在比較不同技術的優(yōu)缺點時，對這些指標逐一進行考察衡量，以確定是否適合企業(yè)的應用。

    在這里，可靠性是指無線系統(tǒng)在存在各種工業(yè)障礙的情況下成功完成通信的能力。根據無線系統(tǒng)的射頻頻譜、接收靈敏度（收發(fā)器完成通信需接收到的最小信號水平）、輸出功率（能夠輸出的信號水平）、抗干擾度（在存在干擾的情況下在給定頻道中通信的能力）來進行評價。對于無線產品，靈活性和可編程能力通常會增加其復雜性，因而，開發(fā)環(huán)境和工具(包括硬件工具和軟件工具)必須便于使用和理解，盡可能最大化實現其作為接口的功能。好的無線產品應該是低能耗，比原有系統(tǒng)更加節(jié)能的系統(tǒng)。這也是衡量無線技術可靠性的一個重要標準。在傳輸距離方面，當然必須要滿足要求并且保證信號的強度。

    經過比較和多家公司比較，綜合考慮產品性價比，該項目選擇了菲尼克斯電氣Trusted Wireless無線IO產品。

    產品方案見表1。

    該方案采用的無線IO產品，無需任何的編程和組態(tài)，收發(fā)兩端天線對準后，信號即建立了連接，現場側傳感器4~20mA信號直接接入發(fā)射器模擬量輸入點，控制室模擬量輸出模塊對應點輸出4~20mA，接入PLC的AI卡件即可。

    Trusted Wireless是專為流程工業(yè)設計的無線技術，這種技術的無線產品采用ISM 2.4G~2.4835GHz免費頻段，無需向無線電管理局申請頻段、繳納費用，而且一般的點焊，電弧焊、變頻器、RFID等工業(yè)場合常見干擾的基本頻率和諧波都無法達到這一水平，并且采用FHSS（跳頻擴頻）技術，數據傳輸使用FEC（前向糾錯）和CRC（循環(huán)冗余校驗），保證了數據傳輸的可靠。特別是對于模擬量信號的傳輸，分辨率達到了16位。

    圖2安裝在支架上的就是現場側無線電氣柜，圈中為天線，圖4為控制室電氣柜。共兩套，另一套用于另一個高位水池。

                 

                                   圖4
    4 使用效果

    該無線監(jiān)控系統(tǒng)已經運行約半年時間，運行效果良好，達到了預期的要求，并且避免了耗時、耗力、耗財的有線布線方式，節(jié)省了綜合成本，縮短了工期，解決了現場電磁場對信號的干擾問題，信號準確、可靠。


                                                      源自：《自動化博覽》