1 系統概況

華能上(shang)海石洞(dong)口(kou)第一電廠除(chu)灰(hui)系(xi)統(tong)(tong)(tong)主要由(you)倉泵(beng)出灰(hui)和(he)灰(hui)庫等系(xi)統(tong)(tong)(tong)構成(cheng)(cheng)，系(xi)統(tong)(tong)(tong)控(kong)制(zhi)由(you)PLC完成(cheng)(cheng)。由(you)于歷史原因，除(chu)灰(hui)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)(tong)原先并不屬熱控(kong)管轄范圍，系(xi)統(tong)(tong)(tong)設(she)計理念陳舊(jiu)，模擬量(liang)信(xin)號少，自動化水(shui)平(ping)較低。

2008年熱控專業對(dui)除灰(hui)(hui)控制(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)進行(xing)了一(yi)次改造，控制(zhi)(zhi)范圍囊括了四臺爐的氣力輸灰(hui)(hui)、灰(hui)(hui)庫(ku)、灰(hui)(hui)漿系(xi)統(tong)。上位(wei)機(ji)HMI部分改為標準的客戶機(ji)/服(fu)務器(qi)結構，配置六(liu)個客戶端，兩(liang)個冗余服(fu)務器(qi)，一(yi)個工(gong)程師(shi)站和(he)一(yi)個數據庫(ku)服(fu)務器(qi)。運行(xing)人員(yuan)在客戶端進行(xing)操(cao)作(zuo)，畫(hua)(hua)面由服(fu)務器(qi)提供，工(gong)程師(shi)站修(xiu)改程序和(he)畫(hua)(hua)面。任何修(xiu)改只要(yao)(yao)在工(gong)程師(shi)站完成，運行(xing)人員(yuan)只要(yao)(yao)切(qie)換畫(hua)(hua)面就能(neng)對(dui)操(cao)作(zuo)畫(hua)(hua)面進行(xing)更新，不(bu)需要(yao)(yao)重啟計算機(ji)。

為(wei)了提升(sheng)除(chu)灰系統的自動化(hua)水(shui)平，這一輪改造后，熱(re)控(kong)專業(ye)又著(zhu)手(shou)對就(jiu)地設(she)備進行完(wan)善。但由于原除(chu)灰系統自動化(hua)水(shui)平低，運行人員長期手(shou)動操(cao)作，無法對現場設(she)備提出(chu)控(kong)制要(yao)求(qiu)。因此我們(men)通過(guo)對就(jiu)地設(she)備的觀察，決定增加庫(ku)頂(ding)風機(ji)壓(ya)差(cha)信號、庫(ku)底流(liu)化(hua)風機(ji)和斜(xie)槽流(liu)化(hua)風機(ji)壓(ya)力(li)信號。

2 應用工程簡介

隨著科學技(ji)術(shu)(shu)的(de)高速發展(zhan)，近年來，無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)技(ji)術(shu)(shu)得到了長足的(de)發展(zhan)，過(guo)程控制領域出(chu)現了諸多無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)設備(bei)，如無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)壓(ya)力(li)、差壓(ya)變送(song)(song)(song)器(qi)、溫度變送(song)(song)(song)器(qi)、無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)定位(wei)器(qi)等。艾(ai)(ai)默(mo)生(sheng)的(de)智(zhi)能(neng)無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)技(ji)術(shu)(shu)就是(shi)其中(zhong)的(de)一(yi)(yi)個代表。華能(neng)上海(hai)石(shi)洞口第一(yi)(yi)電(dian)廠熱控專業一(yi)(yi)貫關注(zhu)新(xin)技(ji)術(shu)(shu)，考(kao)慮到此次改造(zao)在灰庫上敷(fu)設電(dian)纜(lan)確實(shi)比較困難，因此決(jue)定嘗試一(yi)(yi)下無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)這樣的(de)新(xin)技(ji)術(shu)(shu)。由(you)于發電(dian)廠普遍(bian)采(cai)用艾(ai)(ai)默(mo)生(sheng)的(de)羅(luo)斯(si)蒙特(te)變送(song)(song)(song)器(qi)，我們此次還是(shi)選擇(ze)了羅(luo)斯(si)蒙特(te)無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)變送(song)(song)(song)器(qi)。艾(ai)(ai)默(mo)生(sheng)以合理(li)的(de)價(jia)格提供(gong)了無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)變送(song)(song)(song)器(qi)及相關設備(bei)。

無(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)硬(ying)件由無(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)變送器和(he)無(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)網關(guan)(guan)1420構成，單個無(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)設(she)備之間的可視距(ju)離可以達到(dao)(dao)228米，無(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)網關(guan)(guan)和(he)上(shang)位控(kong)制系統之間有(you)線(xian)(xian)(xian)(xian)連接，通訊方(fang)式有(you)Modbus 485、Modbus TCP/IP及OPC。上(shang)面(mian)是羅(luo)斯蒙特(te)提(ti)供的無(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)技術(shu)方(fang)案(an)示(shi)意圖(tu)，整個現場設(she)備的改造方(fang)案(an)最初(chu)設(she)計九(jiu)臺變送器，后(hou)來(lai)由于(yu)設(she)計方(fang)案(an)的變動只(zhi)用了五臺。設(she)備到(dao)(dao)貨后(hou)，整個無(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)設(she)備系統的安裝(zhuang)與(yu)調試完(wan)全由熱控(kong)工(gong)程師完(wan)成，期間只(zhi)是就(jiu)相關(guan)(guan)技術(shu)問題咨詢了艾默生相關(guan)(guan)技術(shu)人員。至(zhi)此，我們在上(shang)海的電力系統做(zuo)了第一個無(wu)線(xian)(xian)(xian)(xian)樣板工(gong)程。

3 無線通訊和系統安全性

3.1 無線頻率

通常(chang)使用(yong)的與過程工業相(xiang)關的ISM頻段(duan)(duan)有三個：900MHz、868MHz以(yi)及(ji)2.4GHz。900MHz 頻率最常(chang)用(yong)于美(mei)國，868MHz頻段(duan)(duan)可以(yi)在(zai)歐洲大(da)部分地區用(yong)于ISM通信，2.4GHz頻段(duan)(duan)則在(zai)全球(qiu)范(fan)圍內適(shi)用(yong)。2.4GHz頻段(duan)(duan)實際(ji)上(shang)包括了從(cong)2.4GHz到2.4835GHz區間，同時(shi)，2.4GHz頻段(duan)(duan)也是Wi-Fi工作頻段(duan)(duan)。智能無線技術就工作在(zai)這(zhe)個頻段(duan)(duan)。

3.2 無線網絡可靠性與安全性

智能(neng)無(wu)(wu)線(xian)(xian)技(ji)術的(de)一大特點(dian)是(shi)采用(yong)了自(zi)組織(zhi)網(wang)(wang)(wang)狀(zhuang)拓(tuo)撲結(jie)構(gou)，而(er)不是(shi)常見的(de)點(dian)對點(dian)結(jie)構(gou)。點(dian)對點(dian)拓(tuo)撲結(jie)構(gou)中(zhong)，每(mei)一臺設備(bei)(bei)直接與(yu)網(wang)(wang)(wang)關(guan)通(tong)(tong)訊，設備(bei)(bei)與(yu)網(wang)(wang)(wang)關(guan)之間(jian)的(de)通(tong)(tong)訊路徑要(yao)求完全(quan)可(ke)視，而(er)這在(zai)現場是(shi)比(bi)較難以做到的(de)；網(wang)(wang)(wang)狀(zhuang)拓(tuo)撲結(jie)構(gou)中(zhong)，每(mei)一臺無(wu)(wu)線(xian)(xian)設備(bei)(bei)都可(ke)以作為其(qi)他(ta)無(wu)(wu)線(xian)(xian)設備(bei)(bei)的(de)中(zhong)繼路由，設備(bei)(bei)與(yu)網(wang)(wang)(wang)關(guan)之間(jian)無(wu)(wu)需完全(quan)可(ke)視。同時自(zi)組織(zhi)特性保證(zheng)了網(wang)(wang)(wang)絡中(zhong)每(mei)個(ge)(ge)設備(bei)(bei)至少有兩個(ge)(ge)通(tong)(tong)訊路徑，一旦其(qi)中(zhong)的(de)一條通(tong)(tong)信路徑由于某種原(yuan)因被中(zhong)斷，網(wang)(wang)(wang)絡會自(zi)動利(li)用(yong)其(qi)它的(de)路徑進行通(tong)(tong)訊，從(cong)而(er)確保了智能(neng)無(wu)(wu)線(xian)(xian)技(ji)術在(zai)復雜的(de)工廠環境中(zhong)依然(ran)可(ke)靠。

智能無(wu)線(xian)技術(shu)將2.4GHz頻(pin)(pin)段分成16個(ge)更窄的(de)頻(pin)(pin)段，并采用(yong)跳頻(pin)(pin)技術(shu)，如果在其中的(de)一個(ge)頻(pin)(pin)段檢測到干擾，網絡通訊將切換到另外(wai)一個(ge)頻(pin)(pin)段。同時智能無(wu)線(xian)技術(shu)內置(zhi)了(le)數據加密與校驗，發送設備(bei)與接受(shou)設備(bei)之(zhi)間也(ye)需要身份驗證，數據的(de)訪(fang)問也(ye)需要相應的(de)權限(xian)才能進行。

此外，值得(de)一(yi)提的是(shi)，智能無線現場設(she)(she)備完(wan)全由電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)，這得(de)益于對現場設(she)(she)備進(jin)行(xing)的低功耗改造(zao)，使得(de)無線裝(zhuang)置可以在(zai)現場連(lian)續工(gong)作數年而不用更換(huan)電(dian)(dian)池。其次，其采用的電(dian)(dian)池包含(han)多項專利，具有本安、防(fang)短路等多項特性，可以在(zai)危險(xian)環境中(zhong)隨意更換(huan)而無需采取特殊安全措施(shi)。

4 實施方案

4.1 廠家自身系統的連接

智(zhi)能無(wu)線(xian)網(wang)(wang)(wang)(wang)絡由無(wu)線(xian)變送器(qi)和1420無(wu)線(xian)網(wang)(wang)(wang)(wang)關(guan)構成。在(zai)完成簡單(dan)的配置和現(xian)場設(she)備(bei)安裝后，1420網(wang)(wang)(wang)(wang)關(guan)接通24VDC電源，變送器(qi)裝上電池(chi)，整(zheng)個無(wu)線(xian)網(wang)(wang)(wang)(wang)絡就(jiu)可(ke)以自(zi)動上線(xian)。

4.2 無線與控制系統的連接

1420無線(xian)網關(guan)是(shi)無線(xian)設備和現有控制系統之間的(de)接口，從網關(guan)到主(zhu)機的(de)連接可以(yi)用(yong)多種方式接入，主(zhu)要有Modbus RS485，Modbus TCP/IP或(huo)OPC。而(er)改造后的(de)除灰控制系統使用(yong)的(de)是(shi)羅(luo)克韋(wei)爾(er)AB系列PLC，人機接口部分為羅(luo)克韋(wei)爾(er)FactoryTalk View通用(yong)HMI解決方案。由(you)于 AB 系列PLC中沒有空余的(de)485接口，因此本方案我們采用(yong)OPC的(de)通訊方式。

無(wu)線(xian)(xian)網(wang)絡的(de)(de)配(pei)置(zhi)(zhi)(zhi)相對比較簡單，分現場(chang)設(she)備(bei)的(de)(de)配(pei)置(zhi)(zhi)(zhi)和網(wang)關(guan)的(de)(de)配(pei)置(zhi)(zhi)(zhi)兩個環節。現場(chang)設(she)備(bei)的(de)(de)配(pei)置(zhi)(zhi)(zhi)主要是Join Key、Network ID及數(shu)據(ju)(ju)刷(shua)新(xin)速(su)率等(deng)的(de)(de)配(pei)置(zhi)(zhi)(zhi)，Join Key和Network ID分別為和無(wu)線(xian)(xian)設(she)備(bei)通(tong)訊的(de)(de)握手密碼和網(wang)絡標識，可以(yi)(yi)使用無(wu)線(xian)(xian)網(wang)關(guan)的(de)(de)默認值，數(shu)據(ju)(ju)刷(shua)新(xin)速(su)率根(gen)據(ju)(ju)實(shi)際需要確(que)定(ding)。這些參數(shu)的(de)(de)設(she)定(ding)可以(yi)(yi)通(tong)過(guo)支持無(wu)線(xian)(xian)版本的(de)(de)HART 375手操器進行(xing)，也可以(yi)(yi)在隨(sui)機(ji)配(pei)備(bei)的(de)(de)無(wu)線(xian)(xian)配(pei)置(zhi)(zhi)(zhi)軟件中進行(xing)設(she)置(zhi)(zhi)(zhi)。

網關(guan)的(de)(de)配置需要(yao)從筆記本電(dian)(dian)腦登(deng)(deng)陸1420網關(guan)進行，需要(yao)注意的(de)(de)是直(zhi)接連接筆記本電(dian)(dian)腦和網關(guan)要(yao)使用(yong)隨機配備的(de)(de)交叉網線(xian)。網關(guan)的(de)(de)登(deng)(deng)陸地(di)(di)址(zhi)(zhi)為其IP地(di)(di)址(zhi)(zhi)，默(mo)認為。輸入用(yong)戶(hu)名和密碼(ma)登(deng)(deng)陸后就(jiu)可以根據需要(yao)修改(gai)IP地(di)(di)址(zhi)(zhi)，一般來說，無(wu)(wu)需更改(gai)IP地(di)(di)址(zhi)(zhi)，但對(dui)于將(jiang)網關(guan)集成到現有以太網網絡中的(de)(de)，網關(guan)IP地(di)(di)址(zhi)(zhi)就(jiu)需要(yao)改(gai)到相應網段內的(de)(de)空余IP地(di)(di)址(zhi)(zhi)。PLC控制系統中，系統服務器的(de)(de)IP地(di)(di)址(zhi)(zhi)分別為192.168.0.1和 192.168.0.3，客戶(hu)端的(de)(de)地(di)(di)址(zhi)(zhi)是192.168.0.5，因此(ci)，我們把(ba)無(wu)(wu)線(xian)網關(guan)IP地(di)(di)址(zhi)(zhi)改(gai)為192.168.0.10。

6 無線產品與控制系統的集成

Emerson智能無(wu)線網關內嵌軟件（版本3.8.9），對網關及無(wu)線系統的設置(zhi)(zhi)與瀏覽通過IE瀏覽器進行，無(wu)需其他(ta)軟件，分別在Setup—>Internet protocol中(zhong)(zhong)設置(zhi)(zhi)IP地址為(wei)192.168.0.10，在Setup—>HART中(zhong)(zhong)設置(zhi)(zhi)儀表參數，在Setup—>OPC中(zhong)(zhong)設置(zhi)(zhi)要映(ying)射上傳到上位機的變量。整個過程較簡潔。

在AB系列 PLC控制系統(tong)一(yi)側，只需在HMI軟(ruan)件FactoryTalk View Studio中(zhong)(zhong)新(xin)建(jian)OPC，并選擇EmersonProcess.GatewayOPCServerDA.3，在FactoryTalk View Studio中(zhong)(zhong)運行Tag Browser，新(xin)建(jian)Tag點與網(wang)關(guan)中(zhong)(zhong)新(xin)建(jian)OPC中(zhong)(zhong)的Tag點進行連接并進行HMI畫面組態，就能正確顯示測量值(zhi)。

7 無線產品的應用及評價

Emerson的(de)無(wu)(wu)線(xian)產品有常(chang)用的(de)壓力、溫度、流量、液(ye)位（料位）變(bian)送器(qi) 、分析儀(yi)表和定位器(qi)等，基本涵蓋了(le)熱控常(chang)用的(de)測量信號。無(wu)(wu)線(xian)產品的(de)優點是明顯的(de)，首(shou)先是費用的(de)節省(sheng)、人工、電纜和穿(chuan)線(xian)管(guan)等就地施工費用的(de)節省(sheng)，也(ye)不需要購買模擬量卡件，施工及調試的(de)時間也(ye)大大縮短。

用(yong)戶(hu)首(shou)先要(yao)熟悉自(zi)己的控制系統，而且用(yong)戶(hu)有權選擇自(zi)己喜歡熟悉的產(chan)品。對于自(zi)動化行業來說，這(zhe)個公司的產(chan)品能提(ti)供(gong)的某些功(gong)能，別的公司也能提(ti)供(gong)，最(zui)關鍵的一點是(shi)我(wo)們(men)如何正確(que)靈活地運(yun)用(yong)這(zhe)些產(chan)品，拓寬思(si)路(lu)，使自(zi)動化的應用(yong)水平更上一層樓。

至(zhi)于(yu)從(cong)安全的角度來看，由于(yu)現在都是小范圍使用，沒有超過(guo)100臺，都不需要復雜多樣(yang)的無(wu)線網(wang)絡(luo)冗余方(fang)案(an)。建議無(wu)線網(wang)關布(bu)置(zhi)在離(li)接(jie)收設備(bei)較(jiao)近，離(li)控(kong)制系(xi)統稍遠的位置(zhi)。

無線技術(shu)目前主要應用(yong)于無人值(zhi)守的(de)(de)信(xin)號(hao)監視和電力系統(tong)的(de)(de)熱(re)力實驗(yan)等。當然了，迄今(jin)為(wei)止無線技術(shu)仍未在(zai)(zai)工廠(chang)內部(bu)廣泛(fan)采用(yong)。人們擔心無線系統(tong)的(de)(de)可(ke)靠性、安全性以及電池的(de)(de)壽(shou)命(ming)，即使在(zai)(zai)傳統(tong)的(de)(de)有線技術(shu)方案成本(ben)高昂(ang)的(de)(de)情況下也不愿意冒風險去應用(yong)嘗(chang)試新產品。

8 未來展望

隨著無(wu)線設備及(ji)無(wu)線電(dian)力輸出(chu)技術(shu)的產生和發展，人們曾經(jing)(jing)擔心的這些新(xin)技術(shu)已經(jing)(jing)被廣泛(fan)使用，越(yue)來越(yue)被認可，甚至作為一種標(biao)準得到(dao)逐步加強(qiang)。

互聯網(wang)的(de)產生和(he)發(fa)展(zhan)，也帶動了(le)社會(hui)、家(jia)庭及自(zi)動控(kong)制(zhi)對互聯網(wang)的(de)需求和(he)依賴，互聯網(wang)從2G到3G，這種局面也隨之(zhi)改變。在許多領域(yu)的(de)操作中，人(ren)們正在將(jiang)目光投向無(wu)線技(ji)術，未(wei)來無(wu)線技(ji)術將(jiang)被普遍(bian)應用到各種產品(pin)中去。

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