傳感器

Wireless HART : 流過程工業(yè)工程中的無線技術

ainet.cn   2010年02月25日

   當需求成為現(xiàn)實
  隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展,其發(fā)展的下一個目標就是在現(xiàn)場通訊中引入無線技術。盡管已經(jīng)有解決方案,但出于對無線傳輸技術的信心和集成系統(tǒng)的匱乏,大規(guī)模應用還需時日。無線技術可否基于'across the board' ?如果可以,什么時候可以實現(xiàn)?
  過程控制中數(shù)據(jù)與安全數(shù)據(jù)的測量數(shù)值轉換的第一步就是要建立起聯(lián)系。信號傳輸?shù)淖罴逊绞骄褪请娎|傳輸。對于所有重要的控制設施來講,電纜連接方案永遠要優(yōu)于無線連接方案。但是,針對那些其他的非重要設施又無需考慮電纜安裝調整問題,在工廠建設中無線技術應當是首選。

  什么情況可不采用電纜?
  在小型工廠,或是內部物流部門,電纜方案不是必要的,那里也許沒有儀表或是無需反饋存儲水平。如果控制室與現(xiàn)場之間有障礙物,出于經(jīng)濟考慮,電纜方案也會大打折扣。目前,大多數(shù)手動的液位測量可以輕而易舉地采用無線控制方法。因為,液位測量無需實時傳輸,即使不能在短時內傳輸出去也不會影響到工廠的運行。   在環(huán)境監(jiān)測領域也有新的可能性。比方說Pepperl+Fuchs 的CorrTran MV 就可以用來監(jiān)測腐蝕率。腐蝕率測量主要用于管道或罐內臨界區(qū)域。這些位置通常很難接觸到或是離控制系統(tǒng)很遠。無線的CorrTran MV 可以無需考慮接線問題而安裝,主要是考慮到這些位置不需要安全傳輸,同時,由于腐蝕是一個緩慢的過程,所以也不用實時傳輸。另一個新的應用是監(jiān)測在現(xiàn)場運行的執(zhí)行元件,比如:球閥。以前,這些元件都是由現(xiàn)場巡邏人員目視完成監(jiān)測。然而,通過對球閥位置變化的無線傳輸,控制室可全天候得到其運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。這樣一來,工廠開工前就不用再進行例行巡視和校對閥門位置了。這不僅節(jié)約了幾歐元的實驗成本,工廠還能準時開工,生產(chǎn)效率也有所提高。同理,無線技術也可用于其他的手動檢測參數(shù),如:壓力和溫度。
  無線傳輸同樣也可用于質量擔保和重要過程參數(shù)的最優(yōu)化。這些參數(shù),特別是過程控制中不太重要的參數(shù),有時只是在幾種情況下臨時性監(jiān)測:比如用于故障隔離,或用于臨時性的小規(guī)模工廠安裝,或用于經(jīng)常更換產(chǎn)品的生產(chǎn)線。在這些應用中,無線技術改善了工廠狀態(tài)信息,物流和過程次序。它也是次序和過程最優(yōu)化,資產(chǎn)管理和制訂定期維護決策的基礎。通過采用無線技術,過程工廠進一步節(jié)約了成本。
  現(xiàn)在的基礎設施需要配備無線 HART


  無線HART 使新方案得到更好的應用


  無線:已經(jīng)準備好了
  最近幾年來,各種供應商都提供了帶有無線連接功能的產(chǎn)品。然而,這些產(chǎn)品如果和現(xiàn)有的設施配套使用的話,成本是非常昂貴的。有的方案只能在兩點間或是單向通訊才能應用。而且,不同廠家的現(xiàn)場儀表與這些產(chǎn)品的兼容性也很差。當然,應用方案可以按用戶要求設計,但這個成本是相當高的。用戶只有在這樣幾個條件下才會考慮使用無線系統(tǒng):
  -方便,操作簡單
  -有統(tǒng)一標準,兼容各種廠家的設備
  - 滿足過程技術傳輸可靠性和傳輸范圍的要求
  如今,無線HART系統(tǒng)已經(jīng)上市,滿足了以上所有要求。
  無線HART – 上市啦!
  無線HART是以廣泛使用的HART 標準為基礎而開發(fā)的 – 目前有2千萬的HART可兼容現(xiàn)場設備。HART的設計初衷是擴展普通的4~20mA電流回流,讓現(xiàn)場設備有更好的功能性。
  現(xiàn)在,HART創(chuàng)新進入了新的階段。2007年9月無線HART 標準發(fā)布。這個標準以HART 協(xié)議為基礎,對物理傳輸路徑?jīng)]有限制。HART 采用2.4GHz 波段(免費且全球通用)做為幾種無線技術的傳輸頻率,其中包括WLAN,藍牙及ZigBee. 為了避免2.4GHz頻率波段的干擾,無線HART特意開啟了對波段內未用頻道的搜索功能,可隨時控制避免相互的干擾。
  技術創(chuàng)新
  無線HART采用的是 FLAT MESH NETWORK, 網(wǎng)絡中的所有無線站點都同時做為一個信號源和轉發(fā)器。第一個轉換器發(fā)出信號給離它最近一個站點進行信號傳輸,直到信號傳輸?shù)交竞驼嬲慕邮掌?。如此,網(wǎng)絡覆蓋很大的面積。另外,初始的同時也建立了一個備用路徑。如果信號在某一特定路徑上傳輸不暢,比如:遇到障礙或是有缺陷的接收器,那種信號就會自動的通過備用路徑傳輸。除了覆蓋的面積增大之外,傳輸?shù)目煽啃砸布哟罅恕?


  由于采用了冗余的傳輸路徑,Wireless HART 網(wǎng)絡保證了傳輸?shù)陌踩裕?/EM>


  無線HART 結合了新老2種技術,HART技術已經(jīng)被廣泛使用,而無線技術卻剛剛用到過程工業(yè)里來。除了普遍地用來確定設備的參數(shù), HART還用于以下的幾個方面:
  -儀表與環(huán)境數(shù)值的監(jiān)測
  -資產(chǎn)管理與最優(yōu)化
  - 定期檢修
  - 性能監(jiān)測
  - 能力管理
  這些方面均要求儀表在可靠性,傳輸路徑和速率上與無線技術有很好的匹配。在新設備投產(chǎn)的同時,無線HART 還實現(xiàn)了與現(xiàn)有設備的完美結合。
  僅僅是理論還是可實現(xiàn)的概念?
  目前,Pepperl+Fuchs 正在開發(fā)以下幾種儀表:   無線HART 網(wǎng)關:無線網(wǎng)絡管理,通過FIELD BUS連接控制系統(tǒng)或SCDA系統(tǒng).  現(xiàn)場設備的信號可通過特定的總線協(xié)議來傳輸與接收。   無線HART 適配器: 置于通訊路徑的另一端?,F(xiàn)有現(xiàn)場設備也可使用。三種型號供選擇:
  ? 回路供電型適配器。插入到現(xiàn)有回路中,獲取操作站的能量?,F(xiàn)有接線采用傳統(tǒng)的4~20mA的信號,HART通過適配器發(fā)出無線信號。最重要的是,這種設計在低風險環(huán)境中安裝的現(xiàn)場設備可以利用HART的性能。
  ? 電池供電型適配器。采用電池供電方式。參數(shù)設置間隔中,現(xiàn)場設備處于“喚醒”狀態(tài),測量值處于檢驗中,現(xiàn)場設備停止工作??刹捎米詼y裝置。根據(jù)所選的時間間隔,電池的壽命長達幾年。
  ? 外部供電電源的適配器:外部電源可為現(xiàn)場設備和適配器提供能量。許多應用中,現(xiàn)場允許外部動力連接,比如:供給泵或閥門。如果沒有外部設備連接的話,可當作路由器使用,從而無線網(wǎng)絡更密集或覆蓋更遠的距離。
  綜述
  無線技術 能為現(xiàn)有設備更好的服務,能節(jié)約成本,是新興的方案。在過程工業(yè)中Wireless HART不僅能滿足個性化需要,也可以滿足大眾的標準,可以在不停車的狀態(tài)下使用無線技術。Wireless HART 有利于改進工廠監(jiān)測手端,提高生產(chǎn)質量,實現(xiàn)工廠和加工的最優(yōu)化。無線HART 性價比極高,無疑是過程工廠的一個最佳選擇。

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