如何規(guī)劃*佳的工業(yè)無線應(yīng)用？

導(dǎo)讀：無線技術(shù)是自動化領(lǐng)域“下一代技術(shù)”的重點(diǎn)方向之一。也是實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)智能控制的重要手段。雖然國內(nèi)有非常成功的應(yīng)用案例，但從無線技術(shù)應(yīng)用的細(xì)節(jié)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(shù)展開了探討。

         什么是OneWireless?其優(yōu)勢何在？
　　
　　無線技術(shù)都用在哪？
　　
　　無線是否真的可靠？
　　
　　無線是否支持遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控
　　
　　無線是否可以完全替代線纜？
　　
　　怎樣才能*有效地規(guī)劃無線技術(shù)的應(yīng)用？
　　
　　無線技術(shù)是自動化領(lǐng)域“下一代技術(shù)”的重點(diǎn)方向之一。也是實(shí)現(xiàn)流程工業(yè)智能控制的重要手段。雖然國內(nèi)有非常成功的應(yīng)用案例，但從無線技術(shù)應(yīng)用的細(xì)節(jié)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(shù)專家江天生先生交流之機(jī)，求解一些熱點(diǎn)的無線應(yīng)用問題，以饗讀者。
　　
　　Q1：什么是OneWireless?優(yōu)勢何在？
　　
　　總體而言，霍尼韋爾提出的One Wireless解決方案，旨在構(gòu)建高達(dá)300MBps的企業(yè)無線骨干網(wǎng)絡(luò)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，實(shí)現(xiàn)無線高速公路，并在其上支持多功能應(yīng)用的。比如，它既可支持無線的過程數(shù)據(jù)采集，包括溫度、壓力等參數(shù)的所有無線儀表、變送器的數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)，又可支持移動操作，即移動的操作員站現(xiàn)場作業(yè)。另外，應(yīng)用可還包括支持無線巡檢，可燃?xì)怏w探測/人員定位(非GPS可控)、無線視頻、智能監(jiān)測等。
　　
　　One Wireless解決方案提升了工廠網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的靈活性。其*新版本One Wireless R200**滿足ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)并與無線現(xiàn)場設(shè)備配合，方便用戶設(shè)計(jì)多種無線覆蓋類型的無線網(wǎng)絡(luò)?；趹?yīng)用需求，用戶現(xiàn)在能夠設(shè)計(jì)出僅覆蓋現(xiàn)場儀表的無線網(wǎng)絡(luò)，或覆蓋現(xiàn)場儀表以及Wi-Fi設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)。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(zhuǎn)接模塊將允許使用HART協(xié)議現(xiàn)場設(shè)備轉(zhuǎn)換為能在ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換設(shè)備，極大幫助廠商提高生產(chǎn)效率。
　　
　　此外，One WirelessR200能夠?qū)o線現(xiàn)場儀表網(wǎng)絡(luò)的安裝以及維護(hù)成本降低高達(dá)50%。這些新特性能夠簡化工廠無線現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的安裝以及擴(kuò)展，并能夠*大化現(xiàn)場變送器電池壽命。眾多流程制造商尋求更加小型化、設(shè)計(jì)巧妙的無線網(wǎng)絡(luò)來滿足特殊現(xiàn)場設(shè)備的需要，但同時(shí)他們也需要能夠易于拓展并且支持高度復(fù)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(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)，滿足了工廠當(dāng)前與未來的潛在需求。它同樣可以減少安裝時(shí)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(yè)頭個(gè)真正意義上的通用無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案。它允許工廠使用簡易無線網(wǎng)絡(luò)來連接數(shù)千個(gè)無線現(xiàn)場設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)多種關(guān)鍵功能，包括從資產(chǎn)檢測到非關(guān)鍵性流程控制。One WirelessR200允許工廠通過使用新型的現(xiàn)場設(shè)備接入點(diǎn)(Field Device AccessPoint)以及無線設(shè)備管理系統(tǒng)(Wireless Device Manager)等特性創(chuàng)建現(xiàn)場儀表網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場設(shè)備接入點(diǎn)(Field Device AccessPoint)支持ISA100.11a，承擔(dān)信息路由功能，準(zhǔn)許使用者連接無線現(xiàn)場設(shè)備到過程控制網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)路由。工廠還能夠充分利用現(xiàn)場設(shè)備路由功能，構(gòu)建一個(gè)電池驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，使其相互能夠彼此通訊并從比鄰的現(xiàn)場設(shè)備(包括其他廠商設(shè)計(jì)的支持ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備)路由信息到過程控制應(yīng)用之中。
　　
　　無線設(shè)備管理系統(tǒng)(Wireless Device Manager)通過管理網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)以及安防系統(tǒng)管理現(xiàn)場儀表網(wǎng)絡(luò)，確保在現(xiàn)場設(shè)備以及工廠網(wǎng)絡(luò)之間的所有通訊**可靠。同時(shí)它還為用戶提供了直觀、簡潔、基于網(wǎng)絡(luò)的界面，使得擁有*基本的IT知識的流程工程師以及現(xiàn)場設(shè)備工程師能夠迅速建立其ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)，減少針對無線現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)試運(yùn)行、監(jiān)測以及檢修的時(shí)間。
　　
　　Q2：無線技術(shù)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(fā)無線的工業(yè)應(yīng)用。累計(jì)擁有上百項(xiàng)**。而此類新技術(shù)在中國推廣至今已經(jīng)有3-4年的時(shí)間了。工業(yè)無線通訊是有線通訊的補(bǔ)充，二者相輔相成。國內(nèi)涉及的大項(xiàng)目如武漢乙烯，基于Experion過程知識系統(tǒng)的38個(gè)無線節(jié)點(diǎn)，項(xiàng)目涉及290臺無線儀表；中石油西固油庫的23個(gè)壓力測點(diǎn)改造項(xiàng)目，用無線儀表接入內(nèi)嵌組態(tài)功能的無線MESH網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場無線變送器可以自動選擇與任何一個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通訊。*多可以有40個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)無線主干網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)都可以帶80臺無線變送器(大于1秒刷新時(shí))或20臺無線變送器(1秒刷新時(shí))。另外，在西固油庫的移動的操作員站現(xiàn)場作業(yè)也是一大亮點(diǎn)。原先油品上罐車都是人工作業(yè)，靠紙張記錄和對講機(jī)聯(lián)絡(luò)，而現(xiàn)今是移動作業(yè)，和電子數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，工作效率得到了大幅提升。還有在西固實(shí)施的無線巡檢，支持振動監(jiān)測、可燃?xì)怏w探測/人員定位(非GPS可控)應(yīng)用，檢測人員手持設(shè)備支持RFID現(xiàn)場比對，出現(xiàn)疑似故障即報(bào)警。比傳統(tǒng)人力檢測方便，細(xì)致很多。
　　
　　Q3：無線是否可靠？
　　
　　可以說，無線通訊與傳統(tǒng)的有線通訊在控制領(lǐng)域各有優(yōu)勢，無線通訊沒有線纜約束，而在可靠性設(shè)計(jì)方面，無線儀表/變送器的工業(yè)防護(hù)等級、**防爆等指標(biāo)都與有線儀表無異。2.4G頻段的無線技術(shù)通過可跳頻技術(shù)(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(dāng)多個(gè)無線節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成無線MESH網(wǎng)絡(luò)時(shí)，如點(diǎn)對點(diǎn)的無線傳輸遭遇故障通訊點(diǎn)，系統(tǒng)就會自動選擇處于MESH網(wǎng)絡(luò)內(nèi)正常工作的無線節(jié)點(diǎn)作為路由，從而實(shí)現(xiàn)通信冗余的目的。另外，在無線通信的數(shù)據(jù)**性上，無線的數(shù)據(jù)驗(yàn)證技術(shù)也是有保證的。比如物理授權(quán)、數(shù)據(jù)源驗(yàn)證、數(shù)據(jù)包加密等技術(shù)，能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃矫苄院?*性。
　　
　　Q4：無線是否支持遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控？
　　
　　霍尼韋爾2010年在華推出數(shù)字視頻技術(shù)核心增強(qiáng)組件數(shù)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(gè)視頻子系統(tǒng)。另外，數(shù)字視頻管理器(DVM)與霍尼韋爾One Wireless無線網(wǎng)絡(luò)集成，允許工廠在任何位置安裝攝像頭，更進(jìn)一步的簡化安裝和組態(tài)過程、控制成本。DVM還可以減少因單點(diǎn)故障造成的停工，降低帶寬以及存儲條件。當(dāng)它和One Wireless結(jié)合時(shí)，它還可以使一個(gè)單一的無線網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)多種無線設(shè)備和應(yīng)用，幫助有需要的工廠在有限成本內(nèi)拓展其視頻監(jiān)測系統(tǒng)。
　　
　　此外，通過使操作員在流程信息與視頻流中簡便地進(jìn)行切換操作或?qū)⒁曨l和流程數(shù)據(jù)合并到一個(gè)單一的界面里，DVM還可以提高操作員的工作效率。假設(shè)一個(gè)攝像頭檢測到了一個(gè)潛在的管道漏洞，它可以通過Experion報(bào)警或Experion界面顯示向操作員提供報(bào)警。操作員便能夠迅速對此做出反應(yīng)。
　　
　　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(tǒng)，包括無線服務(wù)、閉路電視(CCTV)攝像機(jī)、數(shù)字視頻管理器(Digital Video Manager)、以及One Wireless網(wǎng)絡(luò)，這些產(chǎn)品全部能與霍尼韋爾Experion過程控制系統(tǒng)，企業(yè)樓宇集成器(EBI)安防管理系統(tǒng)以及整個(gè)整合平臺進(jìn)行集成。尤其是針對化工、石油和天然氣、煉油以及采礦行業(yè)中的危險(xiǎn)地區(qū)。
　　
　　Q5：無線是否可以完全替代線纜？
　　
　　無線技術(shù)有如此之多的優(yōu)勢，但它的應(yīng)用目標(biāo)并不是要取代現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)，而是一種有益的補(bǔ)充。舉例來講，無線儀表的刷新速度尚未能達(dá)到毫秒級，所以控制系統(tǒng)中核心的開關(guān)控制，如EDS緊急停車系統(tǒng)，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(yōu)勢在某種程度上也可能是潛在的問題節(jié)點(diǎn)，比如無源的變送器電源供應(yīng)是靠自身的電池供電。仍儀表的耗電量和數(shù)據(jù)刷新率、儀表是否帶路由等有關(guān)，過高功能級別的設(shè)置，會造成電量消耗比預(yù)想得快。
　　
　　還有，無線視頻傳輸?shù)膬?yōu)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(wǎng)絡(luò)。還在于終端攝像頭的移動方便，這在某些場合，比如某個(gè)在建項(xiàng)目過程中會很有優(yōu)勢。隨著工程進(jìn)度深入，需要視頻監(jiān)控位置的移動，無線攝像頭就顯得非常方便了。但實(shí)際中，我們并不鼓勵(lì)所有的視頻信號都占用廠區(qū)的無線骨干網(wǎng)絡(luò)。而且還對視頻的數(shù)據(jù)傳輸速度做了限制。這些都是為了確保無線骨干網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與健碩性。當(dāng)然，這樣做也限制了視頻信號的清晰度或無線視頻的節(jié)點(diǎn)數(shù)。
　　
　　Q6：怎樣才能*有效地規(guī)劃無線技術(shù)的應(yīng)用？
　　
　　隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，任何決策依據(jù)是會有所變化的。如果是流程工業(yè)的新建項(xiàng)目，在權(quán)衡無線應(yīng)用的范圍和內(nèi)容上，主要的依據(jù)就是一是需要覆蓋哪些區(qū)域，二是有什么樣的應(yīng)用需要。充分發(fā)揮無線技術(shù)的先天優(yōu)勢控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，比如罐區(qū)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(jiān)控應(yīng)用而言，如果廠區(qū)本來沒有現(xiàn)成的有線的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可基于現(xiàn)有無線骨干網(wǎng)絡(luò)中增加這個(gè)應(yīng)用，那么從成本上就可節(jié)約20%-40%的費(fèi)用。如果有現(xiàn)成的有線視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，那么，將有無線視頻信號采集節(jié)點(diǎn)無縫地嵌入有線/無線并存的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，將是*佳的選擇。
　　
　　另一方面，對于關(guān)鍵性控制功能，比如緊急停車、開關(guān)等，我們還要堅(jiān)持傳統(tǒng)的布線方案。
　　
　　對于系統(tǒng)改造項(xiàng)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(shí)現(xiàn)改造效果的利器。