聚光科技（杭州）有限公司

    胡嘉伟（1973-）

    男，1993年毕业于贵州大学电子科学系电子技术专业，2000年至今先后担任3*8万吨/年磷酸浓缩装置，20万吨 /年、60万吨/年、80万吨/年硫磺制酸装置，24万吨/年磷酸二铵装置，2*30万吨/年磷酸萃取装置等多套化工装置自控专业项目负责人，长期从事磷化工现场过程控制工作。

    摘  要：文章简单分析了无线技术的应用场合和可以为工业应用带来的好处，并针对Trusted Wireless技术在高位水池监控中的应用进行了详细的介绍与分析。

    关键词：无线；Trusted Wireless；水池监控

    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

    随着工业的飞速发展，新技术的应用也越来越广泛，工业通讯系统和安全控制技术是当今国际工业自动化领域技术发展的热点。现场信息化的发展和先进的远程现场设备诊断使设备从被动性维护向主动性维护发展。目前，随着无线技术的革新，工业领域的技术人员都在研究“配置使用无线技术的可行性”，以达到“风险最小化，资产使用最优化”的目标。

    无线技术并不是万能的，不能完全替代有线方式的应用，但它作为有线方式的最好的、最有益的补充之一，在特定的工业控制领域起到其独特而无法替代的好处，而由有线和无线的无缝连接实现的工业控制网络也必将是今后工业控制领域的一个趋势。

    那么在哪些场合“主动的维护”和“风险最小化,资产使用最优化”要去考虑“配置使用无线技术的可行性”呢？当信号线需要穿越高速公路、铁路、河流等；信号需要从偏远、荒芜的地方传到控制室，长距离布线的人力和物力成本很高；旋转、移动的机械或设备信号时断时续，后期维护成本高昂；许多仪表、设备位于有爆炸危险、高污染、干扰强烈或高辐射的区域，维护、调试极易造成人身伤害或财产损失……无需多言，在这些情况下，无线解决方案无疑是最佳的选择。因为无线电磁波经由开放空间内的传输，大大减小了耗时而高成本的安装，它借助所使用天线的发散特性，无线信号可覆盖大面积的户外区域或内空间，能够穿透或覆盖无法进行线缆安装的区域，保证设备在信号范围内的自由移动和网络接入，而不受安装的限制。同时无线传输无阻抗、无污染、微功率而又不受常见电磁干扰，同时是免维护的解决方案，与硬件成本相比，其潜在的节约成本空间更大。

   2 应用背景

    2009年初，在贵州开磷集团矿肥有限责任公司消防系统项目高位水池监控中遇到了一个比较棘手的问题，如图1所示。

                   

                                          图1

    在图中山顶高位水池标识的地方有高位水池一个（如图2所示）。该高位水池主要是用来储存消防用水，因为该企业是一家生产磷肥的企业，这也决定了其对消防系统更高的要求，必须时刻保证高位水池内有充足的水量，而需要将高位水池的水位、压力等信息采集到控制室进行实时监控。但是高位水池在山顶，从高位水池到控制室直线距离600米左右，如果铺设信号电缆的话，需要花费很大的人力、物力和财力去挖线缆沟、埋线、布线，由于工期相对较紧，传统有线方式耗时太长。而且在后期使用中，一旦信号线缆被野生动物或其它原因破坏，很难找到破坏点进行维修，这样势必影响到正常的信号监控，并将提高维护成本。并且在现场有高压线经过，电磁干扰非常大（如图3），如果采用有线的方式，控制室接受到的信号将收到干扰，影响准确性、可靠性。

                
  
                  图2                                         图3

    3 解决方案

    基于以上原因，该厂考虑采用无线方案来实现高位水池的监控。而对于所有的无线技术而言，可靠性、简单性、功效、传输范围和成本是比较、评估和选择工业无线技术的五个最重要的指标。每个指标都以独特的视角展示了某个技术的优点。为确保针对给定应用选出了最合适的无线技术，笔者在比较不同技术的优缺点时，对这些指标逐一进行考察衡量，以确定是否适合企业的应用。

    在这里，可靠性是指无线系统在存在各种工业障碍的情况下成功完成通信的能力。根据无线系统的射频频谱、接收灵敏度（收发器完成通信需接收到的最小信号水平）、输出功率（能够输出的信号水平）、抗干扰度（在存在干扰的情况下在给定频道中通信的能力）来进行评价。对于无线产品，灵活性和可编程能力通常会增加其复杂性，因而，开发环境和工具(包括硬件工具和软件工具)必须便于使用和理解，尽可能最大化实现其作为接口的功能。好的无线产品应该是低能耗，比原有系统更加节能的系统。这也是衡量无线技术可靠性的一个重要标准。在传输距离方面，当然必须要满足要求并且保证信号的强度。

    经过比较和多家公司比较，综合考虑产品性价比，该项目选择了菲尼克斯电气Trusted Wireless无线IO产品。

    产品方案见表1。

    该方案采用的无线IO产品，无需任何的编程和组态，收发两端天线对准后，信号即建立了连接，现场侧传感器4~20mA信号直接接入发射器模拟量输入点，控制室模拟量输出模块对应点输出4~20mA，接入PLC的AI卡件即可。

    Trusted Wireless是专为流程工业设计的无线技术，这种技术的无线产品采用ISM 2.4G~2.4835GHz免费频段，无需向无线电管理局申请频段、缴纳费用，而且一般的点焊，电弧焊、变频器、RFID等工业场合常见干扰的基本频率和谐波都无法达到这一水平，并且采用FHSS（跳频扩频）技术，数据传输使用FEC（前向纠错）和CRC（循环冗余校验），保证了数据传输的可靠。特别是对于模拟量信号的传输，分辨率达到了16位。

    图2安装在支架上的就是现场侧无线电气柜，圈中为天线，图4为控制室电气柜。共两套，另一套用于另一个高位水池。

                 

                                   图4
    4 使用效果

    该无线监控系统已经运行约半年时间，运行效果良好，达到了预期的要求，并且避免了耗时、耗力、耗财的有线布线方式，节省了综合成本，缩短了工期，解决了现场电磁场对信号的干扰问题，信号准确、可靠。


                                                      源自：《自动化博览》