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Wireless HART : 流过程工业工程中的无线技术

当需求成为现实

随着现场总线技术的发展,其发展的下一个目标就是在现场通讯中引入无线技术。尽管已经有解决方案,但出于对无线传输技术的信心和集成系统的匮乏,大规模应用还需时日。无线技术可否基于'across the board' ?如果可以,什么时候可以实现?

过程控制中数据与安全数据的测量数值转换的第一步就是要建立起联系。信号传输的最佳方式就是电缆传输。对于所有重要的控制设施来讲,电缆连接方案永远要优于无线连接方案。但是,针对那些其他的非重要设施又无需考虑电缆安装调整问题,在工厂建设中无线技术应当是首选。

什么情况可不采用电缆?

在小型工厂,或是内部物流部门,电缆方案不是必要的,那里也许没有仪表或是无需反馈存储水平。如果控制室与现场之间有障碍物,出于经济考虑,电缆方案也会大打折扣。目前,大多数手动的液位测量可以轻而易举地采用无线控制方法。因为,液位测量无需实时传输,即使不能在短时内传输出去也不会影响到工厂的运行。   在环境监测领域也有新的可能性。比方说Pepperl+Fuchs 的CorrTran MV 就可以用来监测腐蚀率。腐蚀率测量主要用于管道或罐内临界区域。这些位置通常很难接触到或是离控制系统很远。无线的CorrTran MV 可以无需考虑接线问题而安装,主要是考虑到这些位置不需要安全传输,同时,由于腐蚀是一个缓慢的过程,所以也不用实时传输。 另一个新的应用是监测在现场运行的执行元件,比如:球阀。以前,这些元件都是由现场巡逻人员目视完成监测。然而,通过对球阀位置变化的无线传输,控制室可全天候得到其运行状态的数据。这样一来,工厂开工前就不用再进行例行巡视和校对阀门位置了。这不仅节约了几欧元的实验成本,工厂还能准时开工,生产效率也有所提高。同理,无线技术也可用于其他的手动检测参数,如:压力和温度。
无线传输同样也可用于质量担保和重要过程参数的最优化。这些参数,特别是过程控制中不太重要的参数,有时只是在几种情况下临时性监测:比如用于故障隔离,或用于临时性的小规模工厂安装,或用于经常更换产品的生产线。 在这些应用中,无线技术改善了工厂状态信息,物流和过程次序。它也是次序和过程最优化,资产管理和制订定期维护决策的基础。通过采用无线技术,过程工厂进一步节约了成本。


现在的基础设施需要配备无线 HART


无线HART 使新方案得到更好的应用

无线:已经准备好了

最近几年来,各种供应商都提供了带有无线连接功能的产品。然而,这些产品如果和现有的设施配套使用的话,成本是非常昂贵的。有的方案只能在两点间或是单向通讯才能应用。而且,不同厂家的现场仪表与这些产品的兼容性也很差。当然,应用方案可以按用户要求设计,但这个成本是相当高的。用户只有在这样几个条件下才会考虑使用无线系统:
▪ 方便,操作简单
▪ 有统一标准,兼容各种厂家的设备
▪ 满足过程技术传输可靠性和传输范围的要求
如今,无线HART系统已经上市,满足了以上所有要求。


无线HART – 上市啦!

无线HART是以广泛使用的HART 标准为基础而开发的 – 目前有2千万的HART可兼容现场设备。HART的设计初衷是扩展普通的4~20mA电流回流,让现场设备有更好的功能性。

现在,HART创新进入了新的阶段。2007年9月无线HART 标准发布。这个标准以HART 协议为基础,对物理传输路径没有限制。HART 采用2.4GHz 波段(免费且全球通用)做为几种无线技术的传输频率,其中包括WLAN,蓝牙及ZigBee. 为了避免2.4GHz频率波段的干扰,无线HART特意开启了对波段内未用频道的搜索功能,可随时控制避免相互的干扰。


技术创新

无线HART采用的是 FLAT MESH NETWORK, 网络中的所有无线站点都同时做为一个信号源和转发器。第一个转换器发出信号给离它最近一个站点进行信号传输,直到信号传输到基站和真正的接收器。如此,网络覆盖很大的面积。另外,初始的同时也建立了一个备用路径。如果信号在某一特定路径上传输不畅,比如:遇到障碍或是有缺陷的接收器,那种信号就会自动的通过备用路径传输。除了覆盖的面积增大之外,传输的可靠性也加大了。


由于采用了冗余的传输路径,Wireless HART 网络保证了传输的安全性,

无线HART 结合了新老2种技术,HART技术已经被广泛使用,而无线技术却刚刚用到过程工业里来。除了普遍地用来确定设备的参数, HART还用于以下的几个方面:
▪ 仪表与环境数值的监测
▪ 资产管理与最优化
▪ 定期检修
▪ 性能监测
▪ 能力管理
这些方面均要求仪表在可靠性,传输路径和速率上与无线技术有很好的匹配。在新设备投产的同时,无线HART 还实现了与现有设备的完美结合。

仅仅是理论还是可实现的概念?

目前,Pepperl+Fuchs 正在开发以下几种仪表:   无线HART 网关:无线网络管理,通过FIELD BUS连接控制系统或SCDA系统.  现场设备的信号可通过特定的总线协议来传输与接收。   无线HART 适配器: 置于通讯路径的另一端。现有现场设备也可使用。三种型号供选择:
▪ 回路供电型适配器。插入到现有回路中,获取操作站的能量。现有接线采用传统的4~20mA的信号,HART通过适配器发出无线信号。最重要的是,这种设计在低风险环境中安装的现场设备可以利用HART的性能。
▪ 电池供电型适配器。采用电池供电方式。参数设置间隔中,现场设备处于“唤醒”状态,测量值处于检验中,现场设备停止工作。可采用自测装置。根据所选的时间间隔,电池的寿命长达几年。
▪ 外部供电电源的适配器:外部电源可为现场设备和适配器提供能量。许多应用中,现场允许外部动力连接,比如:供给泵或阀门。如果没有外部设备连接的话,可当作路由器使用,从而无线网络更密集或覆盖更远的距离。

综述

无线技术 能为现有设备更好的服务,能节约成本,是新兴的方案。在过程工业中Wireless HART不仅能满足个性化需要,也可以满足大众的标准,可以在不停车的状态下使用无线技术。Wireless HART 有利于改进工厂监测手端,提高生产质量,实现工厂和加工的最优化。无线HART 性价比极高,无疑是过程工厂的一个最佳选择。