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无线WirelessHART系统构成及WirelessHART技术应用实例

2023年01月20日 09:58:11 来源：云南昌晖仪表制造有限公司 >> 进入该公司展台阅读量：12

在听收音机时、通过电视机天线接收电视塔发射的电视信号时、使用电视遥控器转换电视频道时或者打手机时，都是我们在日常生活中使用无线技术的例子。

无线技术对于过程工业中的某些领域来说并不是新事物，例如带GSM/GPRS模块的远程测控终端将监控的数据以短信息方式，通过电信部门提供的短信业务定时将数据传送到控制中心，再如无线数传电台通过无线电波来传送监测数据都利用了无线技术，还有WIFI、蓝牙、Zigbee等等。

010年4月12日国际电工委员会(IEC)全票表决通过无线HART技术(Wireless HART)成为工业过程测量和控制领域的无线国际标准IEC 62591。这一新标准由包括艾默生过程管理公司、ABB、E+H、MACTek、P+F和西门子在内超过200家会员的大型过程控制厂商，在非营利机构HART通讯基金会的框架下开发完成。2010年7月25日消息欧洲标准化委员会(CEN)已经批准WirelessHART规范成为一个欧洲国家标准(EN 62591)，而在这之前，德国测量与控制标准委员会()提交的报告也表示其对WirelessHART技术能够符合无线传感器网络在过程工业中的应用要求表示肯定。

用户越来越多地将无线产品用到了采用有线技术过于昂贵或者不可行的场合，比如监视行进中轨道机车的温度、或者远程离岸石油平台的井口压力，以及能够改进生产过程安全性的腐蚀和振动检测类应用。

IEC 62591标准以广泛应用于配置和集成设备到自动化系统的HART通信协议为基础，使得那些希望将WirelessHART产品加入到现有系统的用户，依然能够采用熟悉的工具和培训方法来管理新的无线产品。

WirelessHART标准是专门为控制和监测应用而设计的。符合WirelessHART 标准的智能无线设备通过自组织网络结构，使数据传递的可靠性达到99.9%(在昆明召开的“艾默生智能无线体验之旅”技术交流会介绍的是99.99%)，确保数据在传递过程中不会丢失。这是无线技术应用于控制和关键监测点的先决条件。只有符合WirelessHART规范的设备才能做到每秒刷新一次测量数据。当然WirelessHART还可以提供异常报告，以提高网络的效率；或是只有当测量数据发生重大变化以及设备休眠超过设定的报告时间时才开启仪表的通讯，以延长电池的使用寿命。

WirelessHART介绍
①WirelessHART系统构成

图1 WirelessHART系统构成示意图
图1是以现阶段艾默生WirelessHART系统构成示意图：无线现场设备、带WirelessHART智能无线适配器的普通HART设备由智能无线网关通过用户选用的通讯协议(Modbus、TCP/IP、OPC、以太网等)将现场设备的信息传送到数据采集系统或控制系统。由图1可见，WirelessHART系统通常由以下设备构成：无线现场设备、WirelessHART智能无线适配器、智能无线网关。

②无线现场设备
以现阶段艾默生公司推出的无线现场设备的品种有(见图2)：和、无线分析变送器、无线阀门位置变送器、机械健康状态变送器、无线开关量变送器

图2 无线现场设备

③WirelessHART智能无线适配器
WirelessHART 适配器(见图3)可应用于任何2线或4线的、无特殊电源要求的HART设备，实现测量和诊断信息的无线传输。他可以用于任何2线或4线的、无特殊电源要求的HART设备，实现测量和诊断信息的无线传输。

图3 WirelessHART智能无线适配器
通过WirelessHART智能无线适配器，用户可以方便、经济有效地将任何一个HART设备转换为无线设备，以扩大应用范围，如储罐液位、雷达液位、超声波液位、流量、阀门、液体和气体分析、压力和温度的测量。例如，目前虽然无线分析变送器只有pH值和电导率两类参数的变送器，但由于的水质分析仪均具有HART通讯功能，所以，当它们选配了智能无线适配器后，都可以升级成准无线设备接入无线网络，如酸/碱浓度、溶解氧、氯、臭氧、浊度等，可以限度地满足市政水处理行业的应用需求。

智能无线适配器可以给HART设备增加以下功能：
◆获取*诊断信息：智能无线适配器通过AMS Suite访问*的诊断信息，实现电磁流量计和科氏流量计的现场仪表校验功能；
◆增强阀门能力：智能无线适配器与AMS ValveLink 软件可以很容易地实现FIELDVUE数字阀门控制器的新增功能，包括数字阀门控制器在线阀门测试、报警监控和阀门的位置趋势。
◆远程设备管理和健康监测：用户通过智能无线适配器和AMS设备管理组合，在控制室就可以检测HART设备的故障，不间断地监测设备，以优化维护时间表，减少停机时间并减少人员在危险区的滞留时间。

据介绍，目前已安装使用的HART仪表有3000万台且种类繁多，智能无线适配器给这样一些仪表的功能增加和应用扩展提供了一条新的途径。

④智能无线网关
智能无线网关(见图4)是现场无线网络和主机控制系统的多种通讯协议接口，智能无线网关类型有Modbus,、TCP/IP、OPC、以太网等。与控制系统的集成可以选择Modbus或OPC的方式，在某些情况下，智能无线网关可以像控制器一样直接挂在的控制网络上。在控制系统的操作员界面上可以清晰直观地获得无线设备的过程和设备诊断信息。数据刷新速率：从数秒到数十分钟可选，一台智能无线网关最多可连接数十台设备。

图4 智能无线网关
智能无线网关与所连接的多台无线设备的网络是自组织、自适应的网络结构，设备在网络中会自动查找的通讯路径，当某个节点通讯性能下降时，它能自行修复，无需操作人员干预就可以可靠运行，网络的扩展和重组能力强。

WirelessHART系统在中国的应用
2007年9月国外公司在中国正式推出WirelessHART系统工业无线产品，以下介绍在国内应用的几个实例。
①江西卡博特蓝星化工公司
江西卡博特蓝星化工公司采用的二氧化硅生产工艺，采用了*的DeltaV控制系统，安全仪表采用DeltaV SIS系统，应用AMS智能设备管理系统对现场设备进行实时监控和管理。由于铺设电缆及设备维护难度较大，工厂的重要设备——冷却风机和助燃风机运行状态(风机轴温度及风机入口压力)在线检测采用智能无线解决方案，包括监测风机的轴温的智能无线温度变送器和风机入口压力的智能无线压力变送器，并利用智能设备*的预诊断功能和智能设备管理软件，对无线仪表进行监测，将无线监测数据无缝集成到DCS系统，以获得经济效益。
从2008年7月投入运行至今，测量结果准确稳定，设备运行正常，达到用户的预期要求，进一步增强永户使用无线产品的信心。

②中石油塔西南化肥厂
中石油塔西南化肥厂是一家专业生产尿素的厂家，该厂二氧化碳再生塔、吸收塔的塔高约40m，塔的压力测量均采用普通差压变送器完成，由于地处西北地区，冬天的气温较低，引压管线经常被冻(引压管长50米)，仪表无法正常工作，严重影响了安全生产，也给仪表维护工作带来了很多困难。

解决方案中由智能无线网关和智能无线压力变送器组成智能无线网络，变送器分别安装在塔顶和塔底，测量塔顶、塔底差压，通过Modbus/RTU方式将数据送至DCS系统。该项目从2008年8月投入运行至今，测量结果准确稳定，无线网络设备运行正常，远远超出了用户的预期要求，给仪表运行维护带来了极大的方便，增强了用户使用无线产品的信心。

③中海油友谊号平台输油船
自动化方案包括：智能无线网关、温度变送器、开关量变送器。通过无线通讯方式，可对敷设电缆困难的设备和区域进行监测，从而节省安装成本。此项目自2009午11月28口投运以来，无线仪表运行正常，数据传输可靠，增强了设计工程师及仪表维护工程师使用无线仪表的信心，深刻感受到智能无线技术带来的直接经济效益。

④华能上海石洞口电厂
华能上海石洞口电厂决定对除灰控制系统就地设备进行一次改造，决定增加库顶风机压差信号、库底流化风机和斜槽流化风机的压力信号。但在灰库上铺设电缆十分困难，增加有线仪表的方案不可行。新的解决方案中由智能无线网关和智能无线压力变送器组成智能无线网络，变送器分别安装在除灰系统灰库的库顶风机、库底流化风机和斜槽流化风机附近，分别监测风机的压差和压力信号。上位机为美国罗克韦尔公司AB系列的PLC，由于PLC中没有空余的RS485接口，无线网关将所有测量值通过OPC集成到PLC中，并由罗克韦尔公司通用HMI人机界面显示。
该项目从2009年12月投入运行至今，测量结果准确稳定，无线网络设备运行正常，实现了除灰系统的白动化监测，大大改善了除灰系统的管理。

智能无线现场启动包
一些WirelessHART设备生产厂推出智能无线现场启动包，发货时智能无线现场启动包已预先组态，开箱即可搭建一个安全的、坚固的自组织网络。启动包提供了一些功能选择，使用户能够快速而方便地提高运行性能，同时体验无线技术，获取无线技术的操作经验，并为未来实现更大范围的无限应用奠定基础。由于智能无线现场启动包的点数不多，价格较低，可降低用户风险。

智能无线启动包包括：
◆任意选择几台或更多无线压力、温度、差压液位、差压流量、振动、pH变送器和离散开关进行组合，再任意组合智能无线适配器和无线阀位检测器，获取未曾利用的过程和诊断信息；
◆一台安全、稳定的智能无线网关；
◆从无线设备中获取诊断信息的预测维护软件；
◆相关的应用软件，可方便地设计无线网络并获取网路及设备的诊断信息；
◆服务软件，它可以对整个网络的状况进行评估，以确保通讯的稳定性和可靠性，同时还可以确认设备在用户选用的通讯协议中(Modbus，TCP/IP，以太网等)体现的功能性。

采用智能无线启动包建立无线网络无需现场勘察，无需前期工程设计，更不需要特殊工具，安装和调试工作只需几分钟就可完成。用户可以方便地在自组织网络中添加新的设备，因为它可以无限扩充。

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