测量与采集新的过程数据

“我们做出战略性的抉择，从客户可以快捷方便地获得回报的地方开始，”在谈到几年前开发的仪表级无线自组织解决方案时，艾默生过程管理无线技术副总裁BobKarschnia 这样说道：“这是由于现场传感器网络非常容易安装，可以给企业带来可观的价值，而且无需考虑工厂层面的仪表基础设施。”

然而，无线现场设备并不只是不同类型的变送器，而是在技术上真正有所突破、并且切实可行的产品。正如艾默生过程管理首席战略官Peter Zornio 指出：“无线技术的大面积推广有赖于它能真正意义上让用户毫无障碍地拓展信息渠道并有效地管理这些信息流。无线技术的新功能得到充分使用后，可以完善工厂的工作流程和操作实践。这是新技术的生命力所在。”

确实，长期以来，过程控制战略受到以下仪表成本的约束而进展缓慢：变送器本身、安装成本和时间、以及中央控制室和分散型控制系统(DCS)输入/输出(I/O)硬件的连接电线电缆等。近年来，随着I/O成本的不断下降，投入变送器的费用已逐步减少，但是从设备到控制系统的接线仍然是一种限制因素。

“无线设备安装时间一般只需要2 小时，而有线设备则需要2 天。” —— Geir Le on Vadheim(StatoiHydro 公司)

这是一个多么惊人的限制性因素!由于巨大的电线电缆成本所限制，过去我们只得放弃对许多辅助过程变量的测量。今天，无线技术解决方案可以使用户只需少量投资，便可以访问以前迫于经济条件而无法测量的变量和过程参数。按使用有线技术测量来计算，无线技术解决方案的安装成本估计可以节省近90%。

快捷方便地增加新的测量点

在 SatoiHydro 公司的Grane 号海上钻井平台上(上图)，一大批无线变送器通过快捷方便的安装，在严酷的工作环境中正常运行。经过对客户的短期培训，我们的仪表工程师非常自信地表示：可以按客户要求，在现有条件下再安装更多的无线设备。“无线设备安装时间一般只需要2 小时，而传统的有线设备则需要2 天。”StatoiHydro 公司仪表负责人Geir LeonVadheim 这样表示。

无线技术可以大幅度降低测量成本

无线技术总的安装成本可以降低近90%，大幅度地改变增加测量点的成本和获益的性价比。如要了解节省多少费用，请访问ww.EmersonProcess.com/SmartWirelss 使用艾默生无线方案节省计算器。

先行者已开始起跑

较早使用无线设备的用户已经可以实现许多这样的测量，而且这些测量信息并不完全都是传统意义上的模拟过程变量。例如有一位用户将无线技术应用于实时了解泄压阀的打开和关闭时间，这将有效降低因意外排污而受到环保部门罚款的可能性。

另外一位较早使用无线方案的用户是将无线设备用于向中央控制室的操作人员指示紧急停车按钮、压力和温度开关以及其它报警器的激活情况。

还有将无线设备应用于远程监视水温和压力以及安全喷淋器工作的。在人员定位系统的配合下，操作员甚至可以确定哪一个人启动了安全喷淋器，以便更快更有效地派人到现场提供必要的帮助。

“无论油罐车在现场哪个地方，传输质量都不受影响，而且信号可以无缝地连接至我们的控制系统。”-Denny Fetters(Croda 公司)

有些用户也将无线设备用于监视其它过程变量，优化过程运行条件。如果要求用电线电缆将温度、压力和流量测量的指示信号连接至操作员机柜，巨大的投资费用将使人望而兴叹，只得放弃。现在无线技术可以使之成为现实。

在 StatoiHydro 公司的Grane 号海上钻井平台上，无线变送器安装在狭窄的严酷工况中，成功地用于监视井口和热交换器压力，达到百分之百的可靠性和稳定性。“我们对艾默生智能无线设备在如此具有挑战的环境条件下的使用性能深感满意，”该公司的仪表负责人Geir LeonVadheim 如此评价。“经过短期培训，我们的仪表工程师非常自信地表示，可以按要求在现有条件下再安装更多的无线设备。无线设备安装时间一般只需要约2 小时，而传统的有线设备则需要2 天。”

无线适配器拟释放HART 诊断信息

无线适配器被称为“THUM”，部分原因是其外形类似于拇指(译注：thum 的意思是拇指)。这一其貌不扬的小部件用于现存的HART 设备，从4-20 mA 信号中分流仪表诊断信息和其它信息，然后通过WirelessHART 输入主机系统。

获得标准的数据

估计全球约有 2600 万台有线HART 设备已安装并投入运行。但不到25%的HART 设备能将数字数据包括诊断信息等传送到控制系统或设备管理系统中。多年来，要将数字信息流传送到为接受模拟数据流而设计的控制器或系统中一直是非常困难的。

但是，如果有了 WirelessHART 适配器，如艾默生不久将发布的Smart Wireless THUMTM 适配器，所有这一切都将发生根本性的改变。THUM.适配器属于4-20 mA DC 回路设备，通常固定在不使用的变送器线槽端口。它从回路中获得电源，并且从现场设备中获得HART 数字数据，然后通过WirelessHART 协议与网关通讯，并将信息传送到主机系统。

测量以前不能实现的测量

Croda 公司是一家国际性的专业化学品制造商，使用安装在化学品槽车上的艾默生无线温度变送器，实时地将数据输入主机系统，极大地提高了过程性能和总体安全性。

由于槽车经常处于流动状态，用硬导线连接温度传感器几乎是不可能的。以前，操作员须每天爬到每一辆槽车的顶部，检测温度和记录读数，这是一项费时费力的工作，在潮湿或冰雪天气时，还存在操作员滑倒或坠落的事故隐患。无线温度变送器会实时地提醒操作员注意槽车的任何异常温升现象，如此每年可以节省维修保养费用约15,000 美元。

“无线解决方案不仅节省大量的时间和费用，而且由于操作员再也不必每天监视那些槽车，故提高了整个公司和人员的安全性，”Croda 公司仪表和电气设计师Denny Fetters如此称赞无线设备。“无论槽

车在工地的任何一个地方，信号传送质量丝毫不受影响，而且可以无缝接入公司的控制系统。”

变梦想为现实

在 PPG 公司，无线温度变送器正在实时有效地监视蒸汽联箱的温度曲线。按高级设计工程师Tim Gerami 的说法，这是以前梦寐以求的一个情景，但当时苦于无法实现。PPG公司的工程师还想将无线设备用于那些与工厂优化和设备管理攸关的一些冗余测量。

PPG 公司组织了一个无线设备小组来为工厂寻找无线系统性的解决方案，范围涉及IT、仪表和过程控制。无线设备小组经过筛选，决定将艾默生的 Smart Wireless 用于其厂内测量，这不仅是因为他们对艾默生的罗斯蒙特变送器已相当熟悉，而且对Smart Wireless 网络结构也很有信心。

无线技术是许多过程应用的正确选择

应用无线技术的用户和公司正在不断增加。ISA100 委员会定义的适用等级如上表所列。基于许多成熟的业绩和经验，艾默生建议：现在用户在考虑控制和监视目的的无线设备时，应将重点放在增加以前由于资金问题而未进行的测量方面，实现提高安全性、可靠性、效率和环保的目的。

“还有一些其它无线解决方案，看上去也不错，”TimGerami 认为，“但只是属于点到点的设备，不能组成网络。它们能够工作，但在指定工厂的应用对设备数量有所限制，可能规定每台无线电为50 台设备，16 个通道。这对于一个需要100 甚至几百台设备的工厂而言是难以接受的。而网状网络的潜能几乎是无限的。”

“无线解决方案在日后扩展时，只要增加传感器或变送器，经济性方面的优点十分明显。”-John Pietersz(TAQA)能源公司

Tim Gerami 使无线技术带来的变革显得更加清晰：“它实现了你以前无法实现的目标”。

一项革命性的工厂设计

为了适应市场对保健用品数量日益增加和品种不断变化的需求，多年来，全世界的制药和生命科学公司正努力调整其制造能力的灵活性，将过程信息、实验室信息和工厂管理系统紧密地融合成一个有机的整体。

现在无线仪表与艾默生的 DeltaVTM 数字自动化系统一起，在一个一体化的工厂网络中实现一个统一的无线信息系统。无线网络使几年前看来似乎无法实现的工厂统一网络设计成为可能。

有一家主要的生命科学公司设计了多层厂房，钢筋混凝土楼板和墙壁厚度达300 毫米。其模块式过程设备可以任意移动和重新配置。由于采用无线仪表进行通讯，故重新配置并不涉及仪表系统，安装在4 楼的一台网关保持与4 楼和厂房顶楼中所有其它现场设备的通讯关系。

一个无线时代业已开始

Ruud van Dijk 是TAQA 能源公司的工程经理。在谈起该公司在荷兰Alkmaar 天然气生产工地使用艾默生的Smart Wireless 技术成功地进行各种测试时，他说道：“展望未来是我们尝试使用无线传感器的一个原因。Bergermeer 的工地上基本没有地方用于布线，连接一个新的传感器可能要求布线距离增加数百米，既费钱又费时。”

“当然，我们已有多年经验，在办公室环境中使用无线数据传送，”该公司的仪表和控制部经理John Pietersz指出：“就处理水平而言，办公室环境与生产工地两者完全不是一回事。这个世界在引进新兴技术时会显得非常迟疑不决。”

TAQA 团队决定使用灵活方便、坚固耐用的SmartWireless 自组织网络体系结构。“就Smart Wireless 系统而言，其范围半径为200 米。”John Pietersz 这样说，“其间一定有可以利用的地方。这个解决方案的不同之处在于传感器是否能够传送互相之间的信号。也就是说，传感器的安装位置可以突破上述范围半径200 米，且不必另外安装基站。日后若有扩展，只要增加变送器，其经济性优点十分明显。”

John Pietersz 继续说：“我们已经购买了艾默生的AMS 设备管理系统，目前只用于管理无线传感器，但未来我们会把更多的仪表归入AMS 智能设备管理系统内。总之，对我们说来，一个无线时代已经开始，”

自组织网状网络与点到点设备比较

艾默生过程管理的Smart Wireless 现场网络使用自组织网状网络技术。Smart Wireless 现场网络WirelessHART 标准测试合格，并且构成后者的基础。自组织网络中的每一台无线设备可以用作附近其它设备的路由器，将信息传送至其最终目的地。

这种能力具有冗余通讯路径作用，其可靠性优于每一台设备与其网关之间要求直接视距通讯的解决方案。如果网络或影响通讯的条件有任何变化，则自组织网络中的设备和网关会互相配合工作，共同寻找和使用对每一条消息最有效的路径，该路径具有最佳的数据可靠性和最小的功率消耗。

自组织网络技术的基础设施对无线网络结构的完整性要求并不十分严格。组成传统的点到点无线网络会遇到许多困难，其中之一是要求进行现场勘查，以确定系统中的每一个节点均有视距路径。这种勘查工作费用昂贵。而且，由此生成的点到点无线网络可能要求基础设施的节点数量5 倍于自组织网络。

自组织网络的另一个优点是其动态性。由于工厂会不断遇到新的障碍，如脚手架、新设备或流动性车辆等，网络可以围绕这些设备重新组织。所有这一切均是自动发生的，用户不必进行任何干预。

艾 默 生 的 Smart Wireless 和现在所有WirelessHART 自组织网络在网络层均使用IEEE802.15.4 协议，并带有跳频的功能。这些自组织网络在设计时已考虑到有足够的抗干扰能力，并经过严格测试，可以和工厂内现有的其它无线网络共存而不相互干扰。自组织网络的范围可以自己设定，扫描时间可设定为1 秒，可以大大缩短等候时间。艾默生的无线设备即基于此项技术，使用中证明其数据可靠性高于99%。