使用工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的原因在很大程度上是由于要代替電纜。在各種原因而無法使用有線通信時(shí),無線是一種替代方案。也許過去的成本昂貴,或者電纜不適合在有害區(qū)域運(yùn)行。由于有了這些類型的應(yīng)用,無線網(wǎng)絡(luò)在過程工業(yè)過去的二十年中牢牢地占有一席之地。
現(xiàn)在我們開始看到使用的無線網(wǎng)絡(luò)的類型在變化,以及應(yīng)用的不同類型。這種轉(zhuǎn)變是從用戶的需求角度來看,而不是從純粹的技術(shù)能力。
根據(jù)無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(wina)的最新調(diào)查顯示:當(dāng)今,無線技術(shù)最大的用途是在資產(chǎn)管理和狀態(tài)監(jiān)測。通過使用無線傳感器,可以定位在任何地方的設(shè)備,維護(hù)人員可以從該設(shè)備獲得有關(guān)其狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
無線技術(shù)的第二位應(yīng)用是:漸進(jìn)的過程測量 – 溫度、壓力、液位和流量是過程行業(yè)傳統(tǒng)的測量變量。這在很多地方不難想象,比方說,煉油廠或水處理設(shè)施,從以前在某些過程段一直無法收集數(shù)據(jù),到逐漸能讀到的溫度是很大的進(jìn)步。當(dāng)然,如果你不得不挖了一條100米長的溝,讓部分工廠停止運(yùn)行幾個(gè)星期,這就不劃算了。但是,如果你能很容易地把一些無線傳感器放在工廠的這一部分,這有很好的性價(jià)比,這是有效漸進(jìn)的過程測量。這樣的一小步肯定能幫助你提高效率,從大的過程方面來看時(shí),像煉油廠,在最終的結(jié)果中包含了巨大的綜合效益。
無線傳感器,也許,在過程行業(yè)中能節(jié)省大量的資本開支,尤其是當(dāng)你考慮到建立傳感器網(wǎng)絡(luò)的潛在收益。當(dāng)你從計(jì)劃上開始把成千上萬的設(shè)備放入工廠或煉油廠時(shí),你就開始看到相比于硬接線節(jié)省的資金。這已被記錄在案。例如,使用直接安裝在扎輥上的溫度傳感器能夠獲得精確的溫度,使鋼板的表面光潔度提高了幾個(gè)百分點(diǎn)。在質(zhì)量中的這個(gè)小改進(jìn)意味著在整個(gè)過程中節(jié)省了數(shù)百萬美元的資金。
無線技術(shù)第三個(gè)流行的趨勢是支持移動(dòng)操作員。而且很容易明白為什么:在每一站采用以太網(wǎng)連接測量是過程工業(yè)中的一大進(jìn)步。
第四和第五位的是語音/視頻/數(shù)據(jù)和資產(chǎn)跟蹤。這些類型的無線應(yīng)用已經(jīng)有很多年了,由于他們的成功而會(huì)繼續(xù)部署,所以他們躋身于應(yīng)用的前幾位并不奇怪。
令人驚訝的是在2011 wina調(diào)查中排在第六位的應(yīng)用 -- 控制。這令人驚訝是因?yàn)闊o線控制在之前調(diào)查中從來沒有排名。然而現(xiàn)在,13%的受訪者認(rèn)為:控制是他們無線技術(shù)的“頂級(jí)應(yīng)用”。在采礦業(yè),無線的泵控制已經(jīng)存在了許多年,因?yàn)闆]有其他辦法可以真正做到這一點(diǎn)。這個(gè)結(jié)果表明:在過程行業(yè)的人正開始嘗試使用無線閉環(huán)控制。
無線傳感器應(yīng)用
如果你工作的地方?jīng)]有大量的 – 或任何的 -- 無線傳感器,你可能會(huì)懷疑無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可行性。為了幫助說明無線傳感器在整個(gè)行業(yè)的存在情況,下面介紹無線傳感器應(yīng)用的幾個(gè)例子,它們?nèi)绱似毡椋伎梢猿蔀榻炭茣械慕?jīng)典用例。
·無線限位開關(guān)網(wǎng)絡(luò)通常用于防止液體儲(chǔ)罐的溢出。他們的操作很簡單:當(dāng)油箱填滿時(shí),液面造成限位開關(guān)的位置變化,無線限位開關(guān)會(huì)發(fā)送一個(gè)信號(hào)給泵控制器啟動(dòng)泵開啟,使液位降低。當(dāng)液位下降到安全水平時(shí),開關(guān)會(huì)發(fā)送一個(gè)信號(hào)給控制器,使泵停止運(yùn)行。
·石油管道的安全和保障主要由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來處理,根據(jù)史蒂夫μ托特達(dá),他是庫柏工業(yè)公司無線事業(yè)部的副總裁兼總經(jīng)理和無線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(wina)的主席。 “我們?cè)谀鞲缱隽撕芏喙ぷ?,監(jiān)視和維護(hù)石油管道,”他說道。 “在這些應(yīng)用中,有多層網(wǎng)絡(luò),其中的傳感器網(wǎng)絡(luò)用于連接管道儀表捕獲數(shù)據(jù),并通過高層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至控制系統(tǒng)。結(jié)合各種技術(shù) -- 有線、無線和蜂窩 -- 確實(shí)把無線帶到了最前沿,這樣你可以混用多種技術(shù)來監(jiān)測20-30公里的管道。把這種方法進(jìn)一步擴(kuò)展時(shí),你可以有效地監(jiān)測數(shù)百公里的管道。
·一家大型的制藥企業(yè)最近決定將研發(fā)設(shè)備的所有儀器,如孵化器和深冷冰箱,連接到公司的控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)視。很多這樣的設(shè)備有腳輪,很難用線纜來連接他們,因?yàn)樗麄冃枰教幰苿?dòng)。該項(xiàng)目仍在進(jìn)行中,在該公司的研發(fā)園區(qū)中,目前有近2000臺(tái)設(shè)備配備了無線傳感器,占地約1.5公里。
過程工業(yè)的無線協(xié)議
無線hart協(xié)議,由hart通信基金會(huì)發(fā)布;isa 100.11a協(xié)議,由國際自動(dòng)化協(xié)會(huì)發(fā)布。兩者正在為啟動(dòng)的歐洲和北美智能儀表爭奪主導(dǎo)權(quán)。對(duì)最終用戶的問題是:這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不能一起工作。此外,第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn) -- wia-pa,由中國發(fā)布,這進(jìn)一步造成了亞洲市場的復(fù)雜化。
隨著儀表的多樣化,多數(shù)過程設(shè)施使用混合的有線網(wǎng)絡(luò),但無法整合兩個(gè)主要的無線標(biāo)準(zhǔn),這使無線領(lǐng)域更為復(fù)雜。不像有線儀表,如果想混用不同品牌的無線現(xiàn)場設(shè)備獲得測量的最佳組合,你現(xiàn)在沒法做到。你必須用兩個(gè)獨(dú)立的主機(jī)系統(tǒng)與兩種不同類型的現(xiàn)場設(shè)備通信。而他們來自不同的供應(yīng)商。
在許多方面,無線hart和isa 100.11a是一樣的。它們用相同方法設(shè)計(jì),服務(wù)于相同的市場。在應(yīng)用層,它們執(zhí)行相同的功能,并具有相同的收益。isa 100.11a和無線hart使用相同的ieee 802.15.4無線電硬件。兩個(gè)協(xié)議都使用設(shè)備描述語言(ddl)和設(shè)備描述文件。兩者都可以省去很多plc的i/o硬件、布線和相關(guān)的原理圖。
兩種協(xié)議之間的主要區(qū)別是在協(xié)議的應(yīng)用層規(guī)范。無線hart,例如,指定hart作為應(yīng)用層,而isa100.11a未定義應(yīng)用層。這意味著isa100.11a應(yīng)用層的數(shù)據(jù)可以使用基金會(huì)現(xiàn)場總線(ff)、profibus、modbus、hart或其他協(xié)議進(jìn)行傳輸。雖然這使得isa100.11a標(biāo)準(zhǔn)非常靈活,但客戶必須決定使用哪種協(xié)議。無線hart在應(yīng)用層中僅指定hart,通過使用單一的數(shù)據(jù)規(guī)范提供了簡單的通信,這意味著在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)通信:定義明確且容易理解。
現(xiàn)在正考慮集成兩種無線協(xié)議的可能性,阻礙融合的障礙似乎在于商業(yè)而非技術(shù)。雖然兩個(gè)協(xié)議是相似的,都已有了很大投資,供應(yīng)商和早期用戶已經(jīng)存在,產(chǎn)品認(rèn)證程序也已建立。兩種協(xié)議都已開發(fā)出產(chǎn)品銷售。旨在贏得更多客戶和供應(yīng)商合作伙伴的營銷方案都在高速運(yùn)轉(zhuǎn)。雙方都認(rèn)為自己的做法是“正確”的,而其他人則需要過來看看他們的思維方式。