无线技术 – 让工厂迅速获得效益 - Wireless Technology - Seeing Significant Adoption Quickly

     “WirelessHART技术是现场设备不断更新换代的最前沿技术,由HART基金会基于上百万现场HART设备的现场经验而开发,是一种开放式的国际标准。该协议公开、安全并且可靠,设计用于严酷的工业环境中。无线技术在印度的使用效果十分显著,过程行业的用户使用该技术解决了很多实际的问题。”艾默生过程控制公司无线业务总监Suhas Bhide如上表述。

  仪表技术每隔15-20年就会经历一次技术变革。在70年代早期,过程工业使用的是3-15psi气动信号的现场仪表。长的铜制气压管道遍布于工厂的每个角落。到了80年代中期,4-20mA电流信号的变送器开始进入印度市场。这项新技术大大优于之前的气动信号技术,布置更加方便,稳定性更强,故障排放更容易。在最开始使用的一段时期,电动信号技术曾经遇到了很多阻力和怀疑,人们怀疑这项技术是否能适应工厂的严酷环境。但是到了90年代,绝大多数的怀疑者已经完全认可了这项技术,4-20mA变送器已经等同于行业标准。

  而基于智能化HART信号的变送器的出现则大大方便了远程诊断,更加受到过程行业的热捧。当过程行业对4-20mA技术的使用游刃有余的时候,更先进的现场基金会总线技术在90年代出现了。该项技术除具备所有4-20mA技术优点外还具备更多优势。例如,该项技术允许多台设备挂在一对电缆上,因而随之减少了布线、桥架、端子和相关硬件的成本,可以为最终用户和承包商节省资本支出(CAPEX)。与4-20mA一样,现场总线在使用初期也遭到了一些质疑,但到了21世纪早期,一些大型石化和炼油厂已经在全厂范围采用了这项技术。

  随着技术的持续进步,现在,压力、温度、流量和液位等现场仪表已经能够实现与控制室的无线通讯,中间不使用任何线缆!这项技术就是业界已经熟知的WirelessHART技术。这项创新技术可以在严酷的工业环境中安全可靠地传输现场信号。

无线现场仪表技术的主要优势

  WirelessHART技术正在印度的过程行业迅速地得到采用,原因是其在项目和维修的不同阶段都具有很多优势,例如:

  • 完全消除了接线盒、线缆、桥架和相关附件、控制室IO卡件,减少了资本支出
  • 即使在设计和工程晚期也可灵活改变设备类型,无需影响交货时间
  • 无线设备无需接线,实现快速安装
  • 无需接线和回路检测,调试时间缩短近75%
  • 随意增加设备,无需考虑控制室中接线盒与IO卡槽的容量

自组织网格网络

  HART环境下的无线设备工作在自组织网格网络中。通讯使用的频率为ISM 2.4GHz,使用时无需购买任何频率认证。

  无线收发器,或称之为网关,一般放置在控制室或本地设备间,无线设备则类似于有线仪表放置于现场。每台无线设备在周围200米球形范围内会形成一个无线网络。设备可以自行判断在这个范围内的其他设备是否属于同一个无线网络,然后决定是否与其通讯。设备还可以在完成本身的数据通讯外作为一台路由器为下游的设备建立与网关的通讯。该项技术的独特之处在于所有这些动作全部自动完成,无需人工干预。如果无线网络按照最佳实践原则布局,网络中的每台设备都有多条冗余路径与网关通讯,中间遇到阻碍时设备会自动选择其他路径继续传输信号。鉴于此,网络也称之为自愈合网格网络。多条通信路径保证了网络具有很高的可靠性。该项技术的另一个优势是网络中的设备无需直视也可以互相通讯。设备可以接受从其他物体反射过来的信号。

  WirelessHART技术十分安全、坚固,可以在严酷的工业环境中使用。这在HART基金会设计之初就进行了充分考虑。该协议的安全措施分为5层:分别为:

  • 加密
  • 授权
  • 验证
  • 抗干扰
  • 密钥轮换

  无线现场设备使用SSL技术发送经过128位加密的信号。这种安全措施类似于网络银行交易的安全措施。现场设备信号到达无线网关后,网关将检验信号的真实性,只有有效的信号才能进行处理。这确保了严酷工业环境中的数据完整性。WirelessHART使用IEEE 802.15.4 (2.4GHz)和直接序列频谱调频的工业电台。该标准在无数严酷的环境应用性已经证实了极强的信号抗干扰能力。

  在印度,WirelessHART技术已经在多个严酷工业环境解决了很多工厂难题,例如海上平台的监测和转窑的温度测量。

无线能帮助您解决很多工厂的实际难题。无线的应用大概可分为:

      1,困难或者昂贵的有线测量点:该应用包括有线方案难以到达或者成本高昂的远程测量,例如:
  • 转窑等旋转设备的测量
  • 锅炉表面温度
  • 冷却塔温度
  • 摩托车轴承或线圈温度测量
  • 发热器或混合器温度测量
  • 罐区液位、温度和压力测量
  • 海水、河水入口温度
      2,提高能源或设备效率:该应用包括设备污垢监测和蒸汽泄露监测,可以提高热转换效率和能源使用效率,例如:
  • 无线声波设备监测疏水器
  • 无线声波设备监测安全阀
  • 热交换器效率监测
      3,基本资产的无线监测提高设备有效性:该应用为使用无线振动设备和基本资产监测软件监测基本设备。例如
  • 冷却塔监测
  • 泵的健康状态监测
  • 叶片式风扇监测

无线设备一览

  目前大多数有线的过程控制设备都有无线系列。主要无线设备包括:压力、温度、质量流量、电磁流量、涡街流量、声波、振动、pH和电导、腐蚀、阀位反馈等。