摘要：从研究工业无线仪表系统在石油化工企业实际应用的角度出发，阐述了工业无线仪表系统的发展状况，无线网络技术的主要协议标准及优势。介绍了Emerson公司无线仪表系统在公用工程的应用的解决方案，分析了在公用工程改造项目的控制系统改造中，针对新增的压力和温度等信号采用传统的有线方式接入公用工程控制系统存在的问题和困难，解决常规设计施工量大、速度慢、扩容困难等缺点，本文大胆创新，利用无线仪表技术的优点，采用无线接入方式，组建工业无线控制系统，实现仪表信号的方便快捷接入和安全可靠监控。
关键词：无线仪表；公用工程；无线HART
1 工业无线技术发展状况
工业无线技术是一种本世纪新兴的，面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术，适合在恶劣的工业现场环境中使用，具有很强的抗干扰能力、超低能耗，实时通信等技术特征，是对现有无线技术在工业应用方向上的功能扩展和技术创新[1]。为了顺应工业无线通信技术的发展，HART通信基金会HCF从2004年起，宣布开发无线HART协议，历经近三年的努力，HART基金会于2007年6月正式通过了无线HART的规范和通信协议。
2 无线技术的标准和优势
从概念上讲，无线HART网络是一类特殊的无线传感器网络。尽管与其他无线标准（例如ISA100.11a、WIA-PA（中国标准）、蓝牙、ZigBee和Wi-Fi）存在大量相似之处，无线HART仍在许多方面有自己的特点。一般无线传感器网络为自行组态，对计时和通信可靠性无严格要求。而无线HART为了满足无线工业应用的要求，使用中央网络管理器提供路由和通信调度。
使用有线系统时，不仅需要大量设备，还必须执行许多设备设计和安装工作。实验表明，如果所需敷设通讯电缆长度不超过250m，总连接点数不大于500点，那么无线仪表的施工和安装所需的成本比现场总线方案还要低。对于新上项目，无论规模大小，采用智能无线技术都会显著节省安装和施工费用。如果无线仪表所占项目总点数的比重为45%以上，那么其在工程建设以及开车上的成本要比有线方案节省35%以上[3]。
3 系统方案
3.1 公用工程无线仪表适合度分析
任何一个供车间（厂）的水、蒸汽、原料以及出车间（厂）废水、废气等都尽量采用集中供、排原则。因此，其特点是：集中、管道大、主要露天。一般在设计上称为公用工程[1]。公用工程控制仪表遍布全厂，总是存在着有线仪表无法安装而工艺上又需要监控的“盲点”。因此考虑在后期的改造项目中，对于非关键测点，考虑使用无线仪表。在此次仪表风、工厂风压缩机的冷凝液自动排放系统的改造项目中，使用了Emerson智能无线仪表技术。
3.2 无线方案
Emerson无线仪表方案结构简单，一般由各类工况监测无线变送器、无线网关、装有IE浏览器的PC机组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在此次改造项目中，无线变送器包括15台2160无线音叉液位开关，5台708无线声波变送器，6台702无线离散变送器，1台3051无线压力变送器3051，1台248无线温度变送器，无线网关使用1台1420智能无线网关，网关通过Modbus RS485与DCS通信。
3.3 无线仪表系统的安装
无线网关要尽可能的安装到无线性能最佳的位置。本项目的网关安装在公用工程控制楼的楼顶上方3.8米的位置，网关由24VDC（标称值）电源供电，需要250毫安电流。
无线变送器的配线、布线等工作可以完全省略，现场施工安装与有线仪表基本相同。安装时应确保每台无线仪表可视冗余路径，安装高度及与大型障碍物保持至少0.5米距离。
3.4 无线系统连接和组态
加入无线网络之前，无线变送器需要经过“预备”设置才可以加入网络，必须通过有线或者其它安全的方式进行预备设置，预备设置需要通过HART手操器设置网络ID、加入密钥及数据刷新速率等参数的配置，网络ID、加入密钥分别指与无线设备通讯的握手密码和网络标识，且必须与无线网关的配置一致。数据刷新速率根据实际需要确定，本项目设置32s。
网关的组态配置需要从笔记本电脑登陆1420网关来进行，配置的参数包括IP地址、Network ID、Join key等。其中IP地址需要根据现有有线系统的网络地址段进行修改，因此设置Primary IP为10.5.255.254，Secondary IP为10.9.255.254，子网掩码为255.254.0.0。
此次改造项目的Emerson无线控制系统结构简单，主要由无线压力、温度、声波、音叉、离散变送器、1420无线网关组成。在完成简单的现场设备安装和组态配置后，1420网关接通24VDC电源，无线变送器装上电池，整个无线网络就可以自动连接。上述参数组态配置完成后，无线仪表便可与无线网关连接，本项目采用Modbus RTU通讯协议方式，网关接线到RS485总线，该总线连接到DCS串行I/O卡件。
结论
本文总结了在某化工公司公用工程装置运用工业无线技术替代硬线连接的技术措施。本项目无线仪表系统投用后，数据传输非常稳定可靠，达到预期效果。使用结果表明，无线技术成熟稳定，性能优越，完全可满足公用工程装置的需求。无线仪表技术的应用，大大减少了施工工作量和成本，缩短了施工工期，特别适合应用于传统有线方式控制系统的改造项目。无线仪表系统技术发展将提升石油化工企业管理水平，实现智慧工厂的要求，获取更多经济效益和社会效益。但是，普通无线仪表的刷新频率为1s～60s可调，而且刷新频率越快会减短锂电池的使用寿命，因此对于要求较高的控制信号和安全系统的关断信号，会产生滞后现象，建议不要使用无线仪表。综上所述，新建项目的完整控制系统最佳实施方案建议采取有线HART、现场总线和无线仪表技术相结合的方式。
参考文献：
[1]彭瑜、无线HART协议-一种真正意义上的工业无线短程网协议的概述和比较、仪器仪表标准化与计量、2007年5月、31-37
[2]贾敬华、公用工程控制系统与仪表应用新趋势、医药工程设计、2010年12月、31卷（6期）、20-23
[3]David Newman、如何发挥无线仪表的作用、爱默生过程管理http：//www.famens.com/html/ 2010/1-21/F915362306.htm、2010年1月
论文作者:孙宝磊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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