如何規劃*佳的工業無線應用？

導讀：無線技術是自動化領域“下一代技術”的重點方向之一。也是實現流程工業智能控制的重要手段。雖然國內有非常成功的應用案例，但從無線技術應用的細節上講，不少工控工程師仍存有問題或疑慮。日前，有媒體采訪了霍尼韋爾，雙方就無線技術展開了探討。

         什么是OneWireless?其優勢何在？
　　
　　無線技術都用在哪？
　　
　　無線是否真的可靠？
　　
　　無線是否支持遠程視頻監控
　　
　　無線是否可以完全替代線纜？
　　
　　怎樣才能*有效地規劃無線技術的應用？
　　
　　無線技術是自動化領域“下一代技術”的重點方向之一。也是實現流程工業智能控制的重要手段。雖然國內有非常成功的應用案例，但從無線技術應用的細節上講，不少工控工程師仍存有問題或疑慮。CEC借與霍尼韋爾過程控制部(Honeywell Process Solutions)無線技術專家江天生先生交流之機，求解一些熱點的無線應用問題，以饗讀者。
　　
　　Q1：什么是OneWireless?優勢何在？
　　
　　總體而言，霍尼韋爾提出的One Wireless解決方案，旨在構建高達300MBps的企業無線骨干網絡控制工程網版權所有，實現無線高速公路，并在其上支持多功能應用的。比如，它既可支持無線的過程數據采集，包括溫度、壓力等參數的所有無線儀表、變送器的數據無線傳輸到DCS系統，又可支持移動操作，即移動的操作員站現場作業。另外，應用可還包括支持無線巡檢，可燃氣體探測/人員定位(非GPS可控)、無線視頻、智能監測等。
　　
　　One Wireless解決方案提升了工廠網絡設計的靈活性。其*新版本One Wireless R200**滿足ISA100.11a標準并與無線現場設備配合，方便用戶設計多種無線覆蓋類型的無線網絡。基于應用需求，用戶現在能夠設計出僅覆蓋現場儀表的無線網絡，或覆蓋現場儀表以及Wi-Fi設備的無線網絡。這為用戶提供了極大的靈活性，并且降低了整體擁有成本。另外，OneWireless™轉接模塊將允許使用HART協議現場設備轉換為能在ISA100.11a標準無線網絡環境下進行通訊和數據交換設備，極大幫助廠商提高生產效率。
　　
　　此外，One WirelessR200能夠將無線現場儀表網絡的安裝以及維護成本降低高達50%。這些新特性能夠簡化工廠無線現場設備網絡的安裝以及擴展，并能夠*大化現場變送器電池壽命。眾多流程制造商尋求更加小型化、設計巧妙的無線網絡來滿足特殊現場設備的需要，但同時他們也需要能夠易于拓展并且支持高度復雜、覆蓋全場范圍的無線解決方案。*新版的One Wireless可使得工廠自由設計網絡，滿足了工廠當前與未來的潛在需求。它同樣可以減少安裝時間以及無線解決方案的整體生命周期成本
　　
　　One Wireless是流程行業頭個真正意義上的通用無線網狀網絡解決方案。它允許工廠使用簡易無線網絡來連接數千個無線現場設備，并實現多種關鍵功能，包括從資產檢測到非關鍵性流程控制。One WirelessR200允許工廠通過使用新型的現場設備接入點(Field Device AccessPoint)以及無線設備管理系統(Wireless Device Manager)等特性創建現場儀表網絡。現場設備接入點(Field Device AccessPoint)支持ISA100.11a，承擔信息路由功能，準許使用者連接無線現場設備到過程控制網絡，并實現現場數據路由。工廠還能夠充分利用現場設備路由功能，構建一個電池驅動現場設備的網絡，使其相互能夠彼此通訊并從比鄰的現場設備(包括其他廠商設計的支持ISA100.11a標準的設備)路由信息到過程控制應用之中。
　　
　　無線設備管理系統(Wireless Device Manager)通過管理網關系統以及安防系統管理現場儀表網絡，確保在現場設備以及工廠網絡之間的所有通訊**可靠。同時它還為用戶提供了直觀、簡潔、基于網絡的界面，使得擁有*基本的IT知識的流程工程師以及現場設備工程師能夠迅速建立其ISA100.11a網絡，減少針對無線現場設備網絡試運行、監測以及檢修的時間。
　　
　　Q2：無線技術用在哪？
　　
　　美國霍尼韋爾公司2003年受美國能源部委托，著手開發無線的工業應用。累計擁有上百項**。而此類新技術在中國推廣至今已經有3-4年的時間了。工業無線通訊是有線通訊的補充，二者相輔相成。國內涉及的大項目如武漢乙烯，基于Experion過程知識系統的38個無線節點，項目涉及290臺無線儀表；中石油西固油庫的23個壓力測點改造項目，用無線儀表接入內嵌組態功能的無線MESH網絡。現場無線變送器可以自動選擇與任何一個多功能節點進行無線通訊。*多可以有40個多功能節點構建一個無線主干網絡，每個多功能節點都可以帶80臺無線變送器(大于1秒刷新時)或20臺無線變送器(1秒刷新時)。另外，在西固油庫的移動的操作員站現場作業也是一大亮點。原先油品上罐車都是人工作業，靠紙張記錄和對講機聯絡，而現今是移動作業，和電子數據的實時更新，工作效率得到了大幅提升。還有在西固實施的無線巡檢，支持振動監測、可燃氣體探測/人員定位(非GPS可控)應用，檢測人員手持設備支持RFID現場比對，出現疑似故障即報警。比傳統人力檢測方便，細致很多。
　　
　　Q3：無線是否可靠？
　　
　　可以說，無線通訊與傳統的有線通訊在控制領域各有優勢，無線通訊沒有線纜約束，而在可靠性設計方面，無線儀表/變送器的工業防護等級、**防爆等指標都與有線儀表無異。2.4G頻段的無線技術通過可跳頻技術(DSSS),在不同的頻段上尋求連接，增加信息傳輸自身的抗干擾性。而當多個無線節點之間構成無線MESH網絡時，如點對點的無線傳輸遭遇故障通訊點，系統就會自動選擇處于MESH網絡內正常工作的無線節點作為路由，從而實現通信冗余的目的。另外，在無線通信的數據**性上，無線的數據驗證技術也是有保證的。比如物理授權、數據源驗證、數據包加密等技術，能確保數據傳輸的私密性和**性。
　　
　　Q4：無線是否支持遠程視頻監控？
　　
　　霍尼韋爾2010年在華推出數字視頻技術核心增強組件數字視頻管理器(Digital Video ManagerR400)，方便操作員無需移動便可簡便操作遍布全球的多個視頻子系統。另外，數字視頻管理器(DVM)與霍尼韋爾One Wireless無線網絡集成，允許工廠在任何位置安裝攝像頭，更進一步的簡化安裝和組態過程、控制成本。DVM還可以減少因單點故障造成的停工，降低帶寬以及存儲條件。當它和One Wireless結合時，它還可以使一個單一的無線網絡適應多種無線設備和應用，幫助有需要的工廠在有限成本內拓展其視頻監測系統。
　　
　　此外，通過使操作員在流程信息與視頻流中簡便地進行切換操作或將視頻和流程數據合并到一個單一的界面里，DVM還可以提高操作員的工作效率。假設一個攝像頭檢測到了一個潛在的管道漏洞，它可以通過Experion報警或Experion界面顯示向操作員提供報警。操作員便能夠迅速對此做出反應。
　　
　　在霍尼韋爾*新的One Wireless™視頻解決方案中，為廠商們提供一套**的系統，包括無線服務、閉路電視(CCTV)攝像機、數字視頻管理器(Digital Video Manager)、以及One Wireless網絡，這些產品全部能與霍尼韋爾Experion過程控制系統，企業樓宇集成器(EBI)安防管理系統以及整個整合平臺進行集成。尤其是針對化工、石油和天然氣、煉油以及采礦行業中的危險地區。
　　
　　Q5：無線是否可以完全替代線纜？
　　
　　無線技術有如此之多的優勢，但它的應用目標并不是要取代現有有線網絡，而是一種有益的補充。舉例來講，無線儀表的刷新速度尚未能達到毫秒級，所以控制系統中核心的開關控制，如EDS緊急停車系統，還是要用有線通訊來保障其毫秒級的可靠性的。另外，無線儀表的移動優勢在某種程度上也可能是潛在的問題節點，比如無源的變送器電源供應是靠自身的電池供電。仍儀表的耗電量和數據刷新率、儀表是否帶路由等有關，過高功能級別的設置，會造成電量消耗比預想得快。
　　
　　還有，無線視頻傳輸的優勢不僅僅在于沒有布線的部分，IP攝像頭采集的視頻信號可無障礙地接入透明網絡。還在于終端攝像頭的移動方便，這在某些場合，比如某個在建項目過程中會很有優勢。隨著工程進度深入，需要視頻監控位置的移動，無線攝像頭就顯得非常方便了。但實際中，我們并不鼓勵所有的視頻信號都占用廠區的無線骨干網絡。而且還對視頻的數據傳輸速度做了限制。這些都是為了確保無線骨干網絡的穩定性與健碩性。當然，這樣做也限制了視頻信號的清晰度或無線視頻的節點數。
　　
　　Q6：怎樣才能*有效地規劃無線技術的應用？
　　
　　隨著技術的發展進步，任何決策依據是會有所變化的。如果是流程工業的新建項目，在權衡無線應用的范圍和內容上，主要的依據就是一是需要覆蓋哪些區域，二是有什么樣的應用需要。充分發揮無線技術的先天優勢控制工程網版權所有，比如罐區等、位置分散、布線麻煩、需要支持移動操作和無線檢測的。還有，對于無線視頻監控應用而言，如果廠區本來沒有現成的有線的視頻監控網絡，可基于現有無線骨干網絡中增加這個應用，那么從成本上就可節約20%-40%的費用。如果有現成的有線視頻監控網絡，那么，將有無線視頻信號采集節點無縫地嵌入有線/無線并存的監控網絡中，將是*佳的選擇。
　　
　　另一方面，對于關鍵性控制功能，比如緊急停車、開關等，我們還要堅持傳統的布線方案。
　　
　　對于系統改造項目，由于之前的約束較多，在無線解決方案往往是化繁而簡、快速實現改造效果的利器。