隨著可靠的無線現場通訊系統的出現，很大程度上排除了以往從過程設備和周邊區域采集信息時所面臨的技術和經費方面的障礙。即使是傳統的控制系統，單機儀表的信息傳送技術現在也已進入實用階段。

    無線設備可以采集以往難以企及或幾乎不可能訪問的信息，并將其傳送至設備控制系統。這樣，設備工作性能和過程狀態數據被連續、實時地傳送至規定的系統。如此則可以：

    · 改進設備維修工作
    · 提高設備可靠性
    · 改善過程控制
    · 增強安全性
    · 更加符合環保要求
    · 安裝成本遠遠低于硬導線連接系統

　　這些無線系統的最大優點在于其共存性，即可以與其它無線系統共同工作于典型設備環境之中。例如，現行的IEEE 802.11 Wi-Fi寬帶無線以太網和TCP/IP標準早已被應用于工業企業成千上萬臺設備中。

　　使用工業級Wi-Fi結構以后，可以尋求新的解決方案并且適應新的操作方法。現場操作人員可以方便快捷地通過便攜式電腦觀察報警并做出響應、評估過程和接受工作指令等。無線系統徹底改善操作人員的通訊方法，即使離開控制室也可以檢查設備，極大提高了生產效率。

　　對變革的挑戰
 
　　工業技術在不斷發展，控制要求和客觀條件也發生了巨大的變化；這就要求現有的控制系統適應這種變化，獲得比以往任何時候更多的信息。

　　例如，許多國家在健康、安全和環保方面的要求越來越嚴格。可能要求連續監視設備周圍的安全噴淋器，以便必要時提供支援。還有，可能要求了解手動控制閥的狀態，確定其處于安全狀態，避免由于錯誤估計而發生事故。還可能要求監視安全減壓閥以檢測其排放情況。

　　在嚴格控制人力資源和不斷更新信息的大趨勢下，依靠操作人員夾著記錄本在廠區各處記錄讀數，這種工作方式幾乎是不現實的。否則，就只能現場手動測量，因為這樣即容易出錯又不安全。

　　為了減少停機，比起定期手動檢測來說，對泵和電機等設備進行連續監測以獲得其磨損等重要信息是非常明智的。

　　所有這些工作都可以通過由現場儀表向控制室發送報告來完成。但是顯而易見，采用有線變送器來實現新的功能，費用可能相當昂貴。在許多情況下，為了節約開支，只能不用備用信號線、不用備用線槽位置和備用DCS I/O點等；就算要用，安裝起來也不容易。即使在新建的工廠中，也有許多遠程位置，用導線或電纜來連接是非常不經濟的。

    此外，如果要提高解決問題的能力和效率，則控制室就需要獲得有關設備層面工作性能的更多信息。因此，工廠內成千上萬臺設備只有借助于新興的無線結構，以迎接上述挑戰以及如雨后春筍般涌現出的新挑戰。

　　有趣的是，在許多應用中，用無線設備來代替有線設備已成為一種不可阻擋的潮流。例如，壓力表和溫度計、變面積流量計和玻璃液位表等，均沒有導線連接至任何系統，且必須由操作人員來讀取；無論這些現場設備安裝在何處，現在都可以用無線技術將其連接在一起。

　　無線工廠系統已經給過程控制領域帶來令人矚目的諸多驚喜，主要體現在對問題的全新解決方案和快捷的調度能力方面。表1歸納了近期用戶采用的一些創新的無線解決方案。

　　從HART開始入手

　　無線變送器屬于相對較新型的設備，但一項涉及無線設備的制造及使用的標準早已生效。WirelessHart是全數字化的無線協議，并且于2007年被批準為控制領域的通用標準。如此，希望采用無線技術和設備的企業不必依賴一家制造商提供數量有限的產品。不同制造商提供的產品可以互相配合使用，這是由于產品均按同一標準進行制造。
　
　　無線變送器使用IEEE 802.15.4標準，可以保證其共存性，并且與Wi-Fi共享空間。在有線HART設備方面，IEC 61158應用層用于這項技術的最高一級，保證實現與現有設備管理軟件的無縫連接。

　　ZigBee 和藍牙技術是大家很熟悉的無線技術，但是在過程領域無線現場網絡應用的WirelessHART標準是基于802.15.4 協議的。ZigBee和藍牙不是采用IEEE 802.15.4協議，它們只是基于該協議的物理層和數據鏈接層而已。

　　采用WirelessHART標準的設備可以支持任何類型的傳感器，可以適用于幾乎任何工業應用，可以從事所有HART產品目前所進行的各項控制或監視工作。一些主要的制造商已公開宣布將提供符合WirelessHART標準的變送器和網關。

　　有關基礎設施的決定

　　無論是在新建工廠或是現有工廠更新改建中應用無線基礎設施，這些無線設備均可以使用許多年；因此，決策應非常慎重，如同決定控制系統一般。對于工業用無線網絡，可靠性和安全性始終是主要的考慮因素。WirelessHART可以很好地解決這兩方面的問題。

　　WirelessHART具有獨特的自組織網狀網絡，在信號受阻時，WirelessHART可以動態地重新選擇傳遞路徑，大大提高了數據傳遞的可靠性。工廠層面上常常會出現通訊故障，這種“繞行工作”的能力可以使其不受影響。除了任何類型的組態數據外，WirelessHART還包括“狀態和數值”數據，這樣可以使用戶深入了解其測量值是否有效，確保所報告數值的準確性。

　　在遇到高層建筑和腳手架，或是臨時停靠的卡車等障礙物等擋住了已經建立的信號路徑時，無線網狀網絡的自組織能力便體現出其價值。網絡只要尋找傳送信號的新路徑并使其到達網關。因此網狀網絡顯得更為堅固耐用。

　　網狀協議也可以減少需要的網關﹝傳送接收機﹞數量，因為每一臺設備均起收發機的功能，可以轉發不在網關視線內且來自其它設備的消息。這樣，無線現場網絡可以方便地調度網絡上的設備，因為不必再進行視線通訊系統要求的現場勘察。

　　針對通道噪聲所采取的措施包括通道跳越、黑色列表噪聲通道和使用“分布頻譜”傳送等。安全措施包括加密技術、連接鑒定和消息驗證等。

　　大部分工廠將混合式協議﹝例如有線HART﹞用于安全設備，將Foundation現場總線用于控制儀表，將Profibus-DP用于電機啟動器和設備。這些系統集成在一個控制和設備管理系統內，使所有設備及時地將準確的有用信號傳送給指定人員，以便其作出正確的響應。無線儀表屬于新生事物，會對無線現場網絡提出不同的要求，因此在設計新的系統或更新舊的系統時必須定義上述情況。

　　傳統過程控制的潛能

　　粗看起來，工廠中的DCS系統可能顯得有些過時，似乎并不支持無線設備。但是通過使用“無線網關”的方法，可以解決這個問題。無線網關可以接入現有的系統，無論這個系統新舊與否。事實上，WirelessHART網關甚至還可以用于不支持WirelessHART的控制系統之中。

　　由于無線網關支持Modbus/RTU、Modbus/TCP，也可以支持OPC，故無線網關也可以用于傳統的控制系統。這些控制系統盡管缺少本系統的無線支持，但可以根據無線變送器來提供過程變量。此外，預先安裝在無線網關內的HTTP 網絡服務器可以從一般的網絡瀏覽器來設置WirelessHART網絡，無需獲得控制系統的支持。

　　智能設備管理軟件可以與傳統控制系統并行使用，現場儀表與設備管理軟件之間可以有效地通訊所有的與設備有關的信息。這樣，運行多年的老設備也可以分享從無線設備和管理系統帶來的利益。

無線網關通過無線變送器使老系統接收過程變量

　　我們也可以用無線技術來增強有線HART設備的使用性能。成千上萬家工廠使用有線HART設備，但其控制系統缺少HART接口。有線變送器和閥門定位器可以安裝“無線適配器”，以便設備管理軟件訪問其診斷信息并進行遠程組態。現有設備融入這種無線功能以后，可以極大地提升和增強使用壽命和附加值。

　　至于無線裝置的老化問題，其使用壽命為15年，與控制系統幾乎完全一致。

　　通過使用IEC 61804-3標準“電子設備描述語言”﹝EDDL﹞，與有線HART、Foundation現場總線、 Profibus設備的兼容性問題可以得到保證﹝參閱《亞洲控制工程》2007年9月號﹞。

　　每次工廠增加新的無線變送器或更新無線變送器的版本時，只要將設備的EDDL復制到系統中，就能確保軟件同步更新了。通過EDDL文件，設備管理軟件能夠把設備信息生動地展示在屏幕上，用戶還能打開幫助文件和圖片，獲得更多內容。

    邁出第一步，通向無線過程控制的美好未來

無線設備的管理

　　在目前條件下，安裝無線設施并用于現有設備和控制系統，是一件輕而易舉的事情。許多工廠從與單一網關進行少量設備通訊的無線現場網絡開始，著手引入小型的無線系統。

　　毫無疑問，第一個無線點的價格是最昂貴的，這是由于哪怕只使用1臺變送器，也必須配備與之相關聯的網關、計算機和軟件等。然而，一旦這些基礎設施安裝就位和投入使用，之后的變送器安裝費用與設備本身相差無計，這是一個網關可以支持許多變送器所帶來的好處。

　　一旦第一個無線網絡開始發揮作用后，運行和維修人員就會發現工廠中的其它無線應用，滿足設備監測和過程數據采集的長期要求。要想知道工廠中哪些地方可以采用無線技術，可先羅列一下目前需要人工收集的測量數據，或是現在根本無法獲得的信息。監測功能是評估這項技術的絕好機會。
 
　　用維修經費來投資第一個無線啟動包，以此為契機，開始開發無線設備的巨大潛能，并將其逐步拓展到各個部門，如設計、運行和維修等。讓每一個人都有機會認識這一技術如何提高設備可靠性、減少設備停機時間、改進過程控制、并創造一個更加安全的工作環境。