【方原柏专栏】WirelessHART无线网络的国内实际案例应用集锦（1）
编者按
无线网络已经给过程控制领域带来了令人瞩目的许多惊喜，这主要体现在更好满足用户需求的全新解决方案和快捷的调度能力等方面。从本期开始，方老师将通过12个WirelessHART无线网络在国内的实际应用案例来为大家展现和分析目前国内各行各业无线网络的实际应用情况。
无线解决方案优势汇总
无线网络已经给过程控制领域带来了令人瞩目的许多惊喜，这主要体现在更好满足用户需求的全新解决方案和快捷的调度能力等方面。
表1列举了其中一部分能更好满足用户需求的全新解决方案的优势。
WirelessHART无线网络的国内实际案例应用集锦
1 江西卡博特蓝星化工公司
江西卡博特蓝星化工公司位于江西省九江市永修县，采用先进的二氧化硅生产工艺，是中国的首个世界级气相二氧化硅工厂，主要生产优质气相二氧化硅产品。生产装置采用了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（见图1）运行状态（风机轴温度及风机入口压力）在线检测采用了智能无线解决方案，包括监测风机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（见图2），并利用智能设备先进的预诊断功能和智能设备管理软件，对冷却风机和助燃风机的运行状态进行监测，将无线监测数据无缝集成到DCS系统，以获得最大经济效益。
图1 冷却风机
图2 现场安装的无线压力变送器
项目包括的智能无线设备：
罗斯蒙特3051S无线变送器
罗斯蒙特648无线变送器
1420无线网关
AMS 智能设备管理系统
从2008年7月起投入运行，测量结果准确稳定，设备运行正常，达到用户的预期要求，进一步增强用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位于新疆喀什地区，是一家专业生产尿素的厂家，是塔里木油田分公司在泽普石化厂基础上投资扩建而成的一套新的化肥生产装置，设计年产20万吨合成氨和34万吨尿素。
对工厂中重要设备——二氧化碳再生塔、吸收塔进行准确监测，是工厂生产的稳定性的前提。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50m），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。无线解决方案中由智能无线网关1420和智能无线压力变送器3051S（分别见图1、图2）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，无线网关1420通过Modbus/RTU方式将数据送至DCS系统，由DCS系统进行差压计算。
图1 智能无线网关1420的安装
图2 智能无线压力变送器3051S的安装
该项目从2008年8月投入运行，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。
采用艾默生智能无线解决方案，可以轻松解决西北地区冬天的气温较低带来的测量维护问题；无线仪表在运行期间安装不会影响装置的正常运行；用无线仪表进行测量，数据连续稳定；无线网络和DCS系统无缝集成，组态简单。
中石油塔西南化肥厂仪表工程师说：“我们在装置改造项目中选用了艾默生的智能无线技术，利用智能无线变送器3051S测量塔顶和塔底的压力，这样就不需要拉40多米的电缆到塔顶，并且在装置不停工的情况下完成了我们的改造。无线仪表自安装投运近一年的时间，通信稳定，数据准确，解决了西北地区由于冬天气温低，引压管线易冻、仪表维护困难的问题“。1420无线网关和DCS系统通信利用原有双绞线电缆进行串口通信，无需增加安装费用。
3 中海油友谊号平台输油船
中海油公司决定通过“友谊号”平台输油船（见图1）新建海底管线，将渤海南部的天然气输送到天津地区，新建管线改造需要在平台输油船上增设一个天然气管线出口，并加装相应的关断阀和变送器。
图1 中海油公司“友谊号”平台输油船
由于仪表电缆通道已在平台建造时完成，后期增设电缆通道几乎不可行。而采用无线通信方式，对敷设电缆困难的设备和区域可不必增设电缆通道实现新增参数的监测，从而节省安装成本。
本项目采用无线解决方案，对输油管线出口控制阀的状态监测采用702无线开关量变送器，对管线温度采用648无线温度变送器，检测信号通过智能无线网关采集（见图2），无需铺设仪表电缆，无需增加I/O卡件；无线设备安装调试方便，仅用半天时间即通信正常，体现出无线技术的优势。此项目自2009年11月28日投运以来，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，还深刻感受到智能无线技术带来的直接经济效益。
图2 平台输油船上安装的变送器及无线网关
4 华能上海石洞口第一电厂
华能上海石洞口第一电厂决定对除灰控制系统就地设备进行一次改造，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。华能上海石洞口第一电厂热控专业一贯关注新技术，考虑到此次改造在灰库上敷设电缆确实比较困难，因此决定尝试一下无线通信这样的新技术。
新的解决方案为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（见图1）。
图1 除灰控制系统与智能无线网络
该项目投入运行后，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。
无线网络的配置十分简单，包括现场设备和网关的配置（见图2）。现场设备的配置主要是设置网络准入密码（Join Key）、网络标识（Network ID）及数据刷新率等。可以使用无线网关的默认值，也可以根据实际需要确定。这些参数的设定可以使用艾默生手操器（型号为475），也可以使用随机配备的无线配置软件（AMS Wireless Configurator）进行。
网关的配置通过登陆网关内嵌IE浏览器进行，登陆后进入组态界面可对网关和无线网络进行设置。在组态界面中Setup—>HART—>Device中设置仪表参数，在Setup—>OPC中设置要映射上传到上位机的变量，整个过程较简单。在PLC控制系统一侧，只需在罗克韦尔HMI软件FactoryTalk View Studio中新建OPC，并选择EmersonProcess.Gateway OPCServerDA.3，在HMI软件中运行Tag Browser并新建Tag点，然后与网关中新建OPC中的Tag点进行连接并进行HMI画面组态，就能正确显示测量值。
图2 现场设备和网关的配置组态
在完成现场设备安装和简单的配置后，1420网关接通24VDC电源，变送器装上电池，整个无线网络很快自动上线，改造后的控制及无线系统见图3。
图3 改造后的控制及无线系统图
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，实现了除灰系统的自动化监测，大大改善了除灰系统的管理。该项目也成为上海电力系统运用智能无线新技术的第一个样板工程。
现场人员的体会是：“无线产品的优点是明显的，首先是费用的节省，施工的费用包括人工、电缆、穿线管都可以节省；也不需要购买模拟量卡件；施工及调试的时间也大大缩短”。“随着无线设备及无线电力输出技术的产生和发展，人们从前担心的可靠性、安全性和电池寿命等问题都得到解决。这些技术已经被广泛使用，越来越被认可，甚至作为一种标准得到逐步加强”。
作者简介
方原柏：湖北黄冈人，昆明仪器仪表学会理事长，昆明有色冶金设计研究院教授级高级工程师，冶金自动化、衡器、自动化信息、仪器仪表用户、自动化与仪器仪表等杂志编委、中国衡器协会技术专家委员会顾问。发表论文270余篇，由冶金工业出版社出版“电子皮带秤的原理及应用”（1994年）、“电子皮带秤”（2007年）、"流程行业无线通信技术及应用"（2015年）三本专著，参与主编国家标准“有色金属冶炼厂自控设计规范”。
