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    胡嘉偉（1973-）

    男，1993年畢業于貴州大學電子科學系電子技術專業，2000年至今先后擔任3*8萬噸/年磷酸濃縮裝置，20萬噸 /年、60萬噸/年、80萬噸/年硫磺制酸裝置，24萬噸/年磷酸二銨裝置，2*30萬噸/年磷酸萃取裝置等多套化工裝置自控專業項目負責人，長期從事磷化工現場過程控制工作。

    摘  要：文章簡單分析了無線技術的應用場合和可以為工業應用帶來的好處，并針對Trusted Wireless技術在高位水池監控中的應用進行了詳細的介紹與分析。

    關鍵詞：無線；Trusted Wireless；水池監控

    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

    隨著工業的飛速發展，新技術的應用也越來越廣泛，工業通訊系統和安全控制技術是當今國際工業自動化領域技術發展的熱點。現場信息化的發展和先進的遠程現場設備診斷使設備從被動性維護向主動性維護發展。目前，隨著無線技術的革新，工業領域的技術人員都在研究“配置使用無線技術的可行性”，以達到“風險最小化，資產使用最優化”的目標。

    無線技術并不是萬能的，不能完全替代有線方式的應用，但它作為有線方式的最好的、最有益的補充之一，在特定的工業控制領域起到其獨特而無法替代的好處，而由有線和無線的無縫連接實現的工業控制網絡也必將是今后工業控制領域的一個趨勢。

    那么在哪些場合“主動的維護”和“風險最小化,資產使用最優化”要去考慮“配置使用無線技術的可行性”呢？當信號線需要穿越高速公路、鐵路、河流等；信號需要從偏遠、荒蕪的地方傳到控制室，長距離布線的人力和物力成本很高；旋轉、移動的機械或設備信號時斷時續，后期維護成本高昂；許多儀表、設備位于有爆炸危險、高污染、干擾強烈或高輻射的區域，維護、調試極易造成人身傷害或財產損失……無需多言，在這些情況下，無線解決方案無疑是最佳的選擇。因為無線電磁波經由開放空間內的傳輸，大大減小了耗時而高成本的安裝，它借助所使用天線的發散特性，無線信號可覆蓋大面積的戶外區域或內空間，能夠穿透或覆蓋無法進行線纜安裝的區域，保證設備在信號范圍內的自由移動和網絡接入，而不受安裝的限制。同時無線傳輸無阻抗、無污染、微功率而又不受常見電磁干擾，同時是免維護的解決方案，與硬件成本相比，其潛在的節約成本空間更大。

   2 應用背景

    2009年初，在貴州開磷集團礦肥有限責任公司消防系統項目高位水池監控中遇到了一個比較棘手的問題，如圖1所示。

                   

                                          圖1

    在圖中山頂高位水池標識的地方有高位水池一個（如圖2所示）。該高位水池主要是用來儲存消防用水，因為該企業是一家生產磷肥的企業，這也決定了其對消防系統更高的要求，必須時刻保證高位水池內有充足的水量，而需要將高位水池的水位、壓力等信息采集到控制室進行實時監控。但是高位水池在山頂，從高位水池到控制室直線距離600米左右，如果鋪設信號電纜的話，需要花費很大的人力、物力和財力去挖線纜溝、埋線、布線，由于工期相對較緊，傳統有線方式耗時太長。而且在后期使用中，一旦信號線纜被野生動物或其它原因破壞，很難找到破壞點進行維修，這樣勢必影響到正常的信號監控，并將提高維護成本。并且在現場有高壓線經過，電磁干擾非常大（如圖3），如果采用有線的方式，控制室接受到的信號將收到干擾，影響準確性、可靠性。

                
  
                  圖2                                         圖3

    3 解決方案

    基于以上原因，該廠考慮采用無線方案來實現高位水池的監控。而對于所有的無線技術而言，可靠性、簡單性、功效、傳輸范圍和成本是比較、評估和選擇工業無線技術的五個最重要的指標。每個指標都以獨特的視角展示了某個技術的優點。為確保針對給定應用選出了最合適的無線技術，筆者在比較不同技術的優缺點時，對這些指標逐一進行考察衡量，以確定是否適合企業的應用。

    在這里，可靠性是指無線系統在存在各種工業障礙的情況下成功完成通信的能力。根據無線系統的射頻頻譜、接收靈敏度（收發器完成通信需接收到的最小信號水平）、輸出功率（能夠輸出的信號水平）、抗干擾度（在存在干擾的情況下在給定頻道中通信的能力）來進行評價。對于無線產品，靈活性和可編程能力通常會增加其復雜性，因而，開發環境和工具(包括硬件工具和軟件工具)必須便于使用和理解，盡可能最大化實現其作為接口的功能。好的無線產品應該是低能耗，比原有系統更加節能的系統。這也是衡量無線技術可靠性的一個重要標準。在傳輸距離方面，當然必須要滿足要求并且保證信號的強度。

    經過比較和多家公司比較，綜合考慮產品性價比，該項目選擇了菲尼克斯電氣Trusted Wireless無線IO產品。

    產品方案見表1。

    該方案采用的無線IO產品，無需任何的編程和組態，收發兩端天線對準后，信號即建立了連接，現場側傳感器4~20mA信號直接接入發射器模擬量輸入點，控制室模擬量輸出模塊對應點輸出4~20mA，接入PLC的AI卡件即可。

    Trusted Wireless是專為流程工業設計的無線技術，這種技術的無線產品采用ISM 2.4G~2.4835GHz免費頻段，無需向無線電管理局申請頻段、繳納費用，而且一般的點焊，電弧焊、變頻器、RFID等工業場合常見干擾的基本頻率和諧波都無法達到這一水平，并且采用FHSS（跳頻擴頻）技術，數據傳輸使用FEC（前向糾錯）和CRC（循環冗余校驗），保證了數據傳輸的可靠。特別是對于模擬量信號的傳輸，分辨率達到了16位。

    圖2安裝在支架上的就是現場側無線電氣柜，圈中為天線，圖4為控制室電氣柜。共兩套，另一套用于另一個高位水池。

                 

                                   圖4
    4 使用效果

    該無線監控系統已經運行約半年時間，運行效果良好，達到了預期的要求，并且避免了耗時、耗力、耗財的有線布線方式，節省了綜合成本，縮短了工期，解決了現場電磁場對信號的干擾問題，信號準確、可靠。


                                                      源自：《自動化博覽》