淺談無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在化工行業(yè)的應(yīng)用

陳小麗

（連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司南京分公司，江蘇南京 210019）

淺談無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在化工行業(yè)的應(yīng)用

陳小麗

（連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司南京分公司，江蘇南京 210019）

簡(jiǎn)要的介紹了工業(yè)應(yīng)用中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，從冗余性、安全性、成本、維護(hù)及對(duì)DC性能的提高上闡述了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)應(yīng)用中的特點(diǎn)，描述了工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)目前的應(yīng)用狀態(tài)，分析了工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的發(fā)展要求。

工業(yè)應(yīng)用；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；協(xié)議

1 工業(yè)無(wú)線儀表安全、穩(wěn)定、方便的技術(shù)特征

近年來(lái)，無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，不僅體現(xiàn)在移動(dòng)通訊和家庭網(wǎng)絡(luò)上，在石油化工行業(yè)中也有了很大進(jìn)步，從最初的質(zhì)疑到現(xiàn)在的監(jiān)控應(yīng)用，體現(xiàn)了工業(yè)無(wú)線儀表安全、穩(wěn)定、方便的技術(shù)特征。無(wú)線儀表與傳統(tǒng)的儀表相比，具有節(jié)省電纜和可安放于危險(xiǎn)性較高區(qū)域盲點(diǎn)、免維護(hù)性高的優(yōu)勢(shì)。就石化行業(yè)而言，工業(yè)無(wú)線技術(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備以下要求：

穩(wěn)定性高，數(shù)據(jù)不會(huì)失真和丟失；

適應(yīng)性強(qiáng)，故障率低，免維護(hù)性高；

安全性強(qiáng)，具備多重保護(hù)管理；

集成性好，便于采集和管理；

通用性強(qiáng)，各種無(wú)線技術(shù)能整合統(tǒng)一。

2 工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介及其特點(diǎn)

2.1 工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)介紹

當(dāng)前工業(yè)無(wú)線儀表主要是基于3種協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，分別是WirelessHART、ISA100.11a以及國(guó)內(nèi)的WIA-PA。

WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)：

特點(diǎn)是自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，遇到障礙物，該網(wǎng)絡(luò)可自動(dòng)建立新的路徑，任何相鄰的無(wú)線設(shè)備都可作為路由器傳遞信號(hào)，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。

ISA100.11a：

該協(xié)議在可靠性通訊上采用了ISA100的技術(shù)，具有可靠的低功耗通信、自適應(yīng)Mesh網(wǎng)絡(luò)的功耗、更好的安全性，統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口等特征，支持多種無(wú)線應(yīng)用。

WIA-PA：

該協(xié)議面向工業(yè)節(jié)能降耗，形成新型泛在測(cè)控模式，在設(shè)備維護(hù)與能源監(jiān)測(cè)等方面尋求新的應(yīng)用領(lǐng)域。該技術(shù)仍需大型工程項(xiàng)目、行業(yè)需求牽引，以期新領(lǐng)域應(yīng)用的契機(jī)。

2.2 工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

2.2.1 內(nèi)在冗余性

就無(wú)線MESH的主干網(wǎng)絡(luò)而言，其自組織、自愈合特性使無(wú)線變送器到網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)多冗余的通訊路徑；無(wú)線設(shè)備采用跳頻通訊技術(shù)，可以自動(dòng)選擇最優(yōu)的頻道進(jìn)行無(wú)線通訊，也可以實(shí)現(xiàn)自主冗余。

2.2.2 安全性

采用物理授權(quán)、數(shù)據(jù)包加密、數(shù)據(jù)源認(rèn)證和驗(yàn)證等方式對(duì)工業(yè)等級(jí)的傳輸進(jìn)行安全保障，以提高數(shù)據(jù)安全性。

2.2.3 成本節(jié)約，布局方便

與傳統(tǒng)的多類(lèi)型卡件儀表相比，可明顯減少機(jī)柜間的I/O卡件、供電模塊以及對(duì)應(yīng)的控制機(jī)柜、內(nèi)聯(lián)電纜、接線柜等，使機(jī)柜間的布局簡(jiǎn)潔方便；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，大批的無(wú)線測(cè)點(diǎn)無(wú)需電纜，更不用電纜橋架、穿線管以及中間接線箱，簡(jiǎn)潔布局的同時(shí)減少了故障點(diǎn)的數(shù)量。

2.2.4 后期維護(hù)率低，改造方便

相比有線儀表，無(wú)線儀表的后期問(wèn)題故障發(fā)生率很低，且無(wú)需考慮對(duì)電纜、接線以及橋架等的維護(hù)；預(yù)防性維護(hù)只需考慮電池的定期更換和數(shù)據(jù)檢查即可。

后期的無(wú)線儀表增加和改造，也非常便捷，直接加入新的無(wú)線變送器或移除變送器即可。

2.2.5 提高DCS控制系統(tǒng)的運(yùn)行性能

目前的控制系統(tǒng)已經(jīng)可直接將無(wú)線數(shù)據(jù)的組態(tài)集成到控制系統(tǒng)組態(tài)軟件中，更加方便儀表工程師建立控制策略，提升控制系統(tǒng)的性能。而且多元化的數(shù)據(jù)均可以被系統(tǒng)接受，甚至包括視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采集，豐富控制系統(tǒng)的功能，更好地支持過(guò)程控制和優(yōu)化。

3 工業(yè)無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

3.1 工業(yè)無(wú)線技術(shù)應(yīng)用

智能工業(yè)無(wú)線技術(shù)已成功地應(yīng)用于各種過(guò)程控制領(lǐng)域，如化工、石化、煉油、電力、石油天然氣、鋼鐵、造紙等，提高了生產(chǎn)安全性和可靠性，減少了企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。但是，無(wú)線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)目前僅限于非聯(lián)鎖控制數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)于聯(lián)鎖數(shù)據(jù)、安全停車(chē)系統(tǒng)SIS的測(cè)點(diǎn)，仍需采用硬接線同控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成。

無(wú)線儀表目前可應(yīng)用在如下領(lǐng)域和場(chǎng)合：

大型罐區(qū)和油庫(kù)，多為測(cè)量液位、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)、視頻，由于距離一般較遠(yuǎn)，儀表安裝位置較高，具有一定的危險(xiǎn)性，故可選擇無(wú)線儀表來(lái)節(jié)省電纜的布放，并減少維護(hù)率，降低危險(xiǎn)系數(shù)。

長(zhǎng)距離的輸油管線測(cè)量?jī)x表，由于距離遠(yuǎn)、測(cè)點(diǎn)分散，沒(méi)有供電，對(duì)于有線方式，成本較大，且一旦故障，排查困難。而無(wú)線儀表則可以很好的適應(yīng)。

測(cè)點(diǎn)分散、布線困難、環(huán)境較惡劣的計(jì)量、循環(huán)水系統(tǒng)，以及煤層氣田、旋轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)控等環(huán)境，都可以采用無(wú)線儀表，維護(hù)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有線布局。

3.2 工業(yè)無(wú)線技術(shù)發(fā)展要求

綜上所述，筆者認(rèn)為今后無(wú)線儀表的發(fā)展和方向有以下幾點(diǎn)：

（1）信號(hào)穩(wěn)定性，刷新周期

因?yàn)闊o(wú)線儀表信號(hào)的刷新速度最快只有1s的刷新周期，沒(méi)有縮減到毫秒級(jí)，而ESD緊急停車(chē)系統(tǒng)都是基于毫秒的刷新周期的。某些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信存在滯后現(xiàn)象，隨著網(wǎng)絡(luò)中帶有的無(wú)線儀表數(shù)量增加，滯后時(shí)間有所延長(zhǎng)，所以解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的刷新周期和滯后現(xiàn)象是無(wú)線工業(yè)儀表在石化行業(yè)上大規(guī)模使用的條件之一。

（2）電池壽命，隔爆防護(hù)

由于無(wú)線儀表大都安裝在維護(hù)人員不便維護(hù)的場(chǎng)所，如距離遠(yuǎn)、高度高的場(chǎng)所，要求無(wú)線儀表的故障維護(hù)周期MTBF長(zhǎng)，電池的更換頻率低。目前的無(wú)線儀表正常狀態(tài)下可用半年到5a不等，在設(shè)計(jì)初期要考慮到產(chǎn)品的性能，減少后期的維護(hù)和投入。

（3）兼容多種協(xié)議，通用性好

各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)還不能被同一種系統(tǒng)統(tǒng)一管理，必須選用一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，兼容性不好，不利于日后的網(wǎng)絡(luò)搭建擴(kuò)展，只能選用同標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是石化等行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，但是由于工業(yè)生產(chǎn)的特殊性，如果不能較好的解決目前的問(wèn)題，以滿足工業(yè)要求，則只能處在輔助的層面上，不能發(fā)揮其巨大的優(yōu)勢(shì)，為儀表自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)質(zhì)變。

[1] 王平，王泉，王恒，等.工業(yè)無(wú)線技術(shù)ISA100.11a的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國(guó)儀器儀表.2009，（10）：59-63.

[2] 曾鵬，趙雪峰，李金英，等.工業(yè)無(wú)線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].自動(dòng)化博覽.2015，（3）：28-31.

表2 不同滴定速度下的溴值

通過(guò)表2可以看出，滴定速度快，分析結(jié)果偏低，不能保證滴定劑完全反應(yīng)。但是滴定劑中有機(jī)溶劑具有揮發(fā)性，滴定速度過(guò)慢有機(jī)物的揮發(fā)而影響分析結(jié)果，所以合適的滴定速度是保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的重要因素，通過(guò)對(duì)比，確定滴定速度應(yīng)控制在每秒鐘1/2滴，并且滴定過(guò)程中進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?/p>

2.5 攪拌速度的選擇

由于溴值的測(cè)定是加成反應(yīng)，反應(yīng)速度慢，所以攪拌速度直接影響到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。表3是測(cè)得加氫石油樹(shù)脂樣品在不同攪拌速度下的溴值情況。

表3 不同攪拌速度下測(cè)定的溴值

由表4可見(jiàn)，攪拌速度快容易造成滴定杯里的液體濺出，過(guò)慢會(huì)使結(jié)果偏低，誤差較大，溴值測(cè)定的滴定速度應(yīng)控制在40r/min左右為宜，并且滴定時(shí)能充分?jǐn)嚢琛?/p>

3 結(jié)論

電位滴定法測(cè)定溴值，取樣量、滴定速度和攪拌速度等試驗(yàn)條件對(duì)溴值的檢測(cè)結(jié)果影響較大。本文采用ZDJ-4A自動(dòng)電位滴定儀測(cè)定溴值，取樣量控制在2～5g，滴定速度控制在每秒鐘1/2滴，攪拌速度控制在40r/min左右，完全滿足溴值測(cè)定時(shí)慢滴快搖的滴定原則，測(cè)定在密閉的系統(tǒng)中進(jìn)行，消除了因滴定溶劑中含有有機(jī)物揮發(fā)對(duì)結(jié)果的影響，分析快速準(zhǔn)確，可以及時(shí)地為生產(chǎn)裝置和客戶提供可靠的分析數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 榮澤明，郭方，郭文革，等.溴值法測(cè)定加氫石油樹(shù)脂不飽和度局限性分析[J].分析試驗(yàn)室，2007，26（1）.

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Talking about the Chemical Application of Wireless Network Technology

Chen Xiao-li

This paper briefly introduces the wireless network in industrial application.It describes the characteristics of wireless network in industrial application from the aspects of redundancy，security，cost，maintenance and improvement of DC performance. It describes the current application of industrial wireless network State，analyzes the future development of industrial wireless network requirements.

industrial applications；wireless networks

U495

A

1003–6490（2016）10–0020–02

2016–10–06

陳小麗（1984—），女，南京六合人，工程師，主要研究方向?yàn)閮x表設(shè)計(jì)工作。