無線技術(shù)對于過程工業(yè)中的某些領(lǐng)域來說并不是新事物，例如帶GSM/GPRS模塊的遠程測控終端將監(jiān)控的數(shù)據(jù)以短信息方式，通過電信部門提供的短信業(yè)務定時將數(shù)據(jù)傳送到控制中心，再如無線數(shù)傳電臺通過無線電波來傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)都利用了無線技術(shù)，還有WIFI、藍牙、Zigbee等等。
010年4月12日國際電工委員會(IEC)全票表決通過無線HART技術(shù)(Wireless HART)成為工業(yè)過程測量和控制領(lǐng)域的首個無線國際標準IEC 62591。這一新標準由包括艾默生過程管理公司、ABB、E+H、MACTek、P+F和西門子在內(nèi)超過200家會員的大型過程控制廠商，在非營利機構(gòu)HART通訊基金會的框架下開發(fā)完成。2010年7月25日消息歐洲標準化委員會(CEN)已經(jīng)批準WirelessHART規(guī)范成為一個歐洲國家標準(EN 62591)，而在這之前，德國測量與控制標準委員會(NAMUR)提交的報告也表示其對WirelessHART技術(shù)能夠符合無線傳感器網(wǎng)絡在過程工業(yè)中的應用要求表示肯定。
用戶越來越多地將無線產(chǎn)品用到了采用有線技術(shù)過于昂貴或者不可行的場合，比如監(jiān)視行進中軌道機車的溫度、或者遠程離岸石油平臺的井口壓力，以及能夠改進生產(chǎn)過程安全性的腐蝕和振動檢測類應用。
IEC 62591標準以廣泛應用于配置和集成設備到自動化系統(tǒng)的HART通信協(xié)議為基礎(chǔ)，使得那些希望將WirelessHART產(chǎn)品加入到現(xiàn)有系統(tǒng)的用戶，依然能夠采用熟悉的工具和培訓方法來管理新的無線產(chǎn)品。
WirelessHART標準是專門為控制和監(jiān)測應用而設計的。符合WirelessHART 標準的智能無線設備通過自組織網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)傳遞的可靠性達到99.9%(在昆明召開的“艾默生智能無線體驗之旅”技術(shù)交流會介紹的是99.99%)，確保數(shù)據(jù)在傳遞過程中不會丟失。這是無線技術(shù)應用于控制和關(guān)鍵監(jiān)測點的先決條件。只有符合WirelessHART規(guī)范的設備才能做到每秒刷新一次測量數(shù)據(jù)。當然WirelessHART還可以提供異常報告，以提高網(wǎng)絡的效率；或是只有當測量數(shù)據(jù)發(fā)生重大變化以及設備休眠超過設定的報告時間時才開啟儀表的通訊，以延長電池的使用壽命。
WirelessHART介紹
①WirelessHART系統(tǒng)構(gòu)成
圖1 WirelessHART系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
圖1是以現(xiàn)階段艾默生WirelessHART系統(tǒng)構(gòu)成示意圖：無線現(xiàn)場設備、帶WirelessHART智能無線適配器的普通HART設備由智能無線網(wǎng)關(guān)通過用戶選用的通訊協(xié)議(Modbus、TCP/IP、OPC、以太網(wǎng)等)將現(xiàn)場設備的信息傳送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或控制系統(tǒng)。由圖1可見，WirelessHART系統(tǒng)通常由以下設備構(gòu)成：無線現(xiàn)場設備、WirelessHART智能無線適配器、智能無線網(wǎng)關(guān)。
②無線現(xiàn)場設備
以現(xiàn)階段艾默生公司推出的無線現(xiàn)場設備的品種有(見圖2)：無線壓力變送器和溫度變送器、無線分析變送器、無線閥門位置變送器、機械健康狀態(tài)變送器、無線開關(guān)量變送器
圖2 無線現(xiàn)場設備
③WirelessHART智能無線適配器
WirelessHART 適配器(見圖3)可應用于任何2線或4線的、無特殊電源要求的HART設備，實現(xiàn)測量和診斷信息的無線傳輸。他可以用于任何2線或4線的、無特殊電源要求的HART設備，實現(xiàn)測量和診斷信息的無線傳輸。
圖3 WirelessHART智能無線適配器
通過WirelessHART智能無線適配器，用戶可以方便、經(jīng)濟有效地將任何一個HART設備轉(zhuǎn)換為無線設備，以擴大應用范圍，如儲罐液位、雷達液位、超聲波液位、流量、閥門、液體和氣體分析、壓力和溫度的測量。例如，目前雖然無線分析變送器只有pH值和電導率兩類參數(shù)的變送器，但由于的水質(zhì)分析儀均具有HART通訊功能，所以，當它們選配了智能無線適配器后，都可以升級成準無線設備接入無線網(wǎng)絡，如酸/堿濃度、溶解氧、氯、臭氧、濁度等，可以最大限度地滿足市政水處理行業(yè)的應用需求。
智能無線適配器可以給HART設備增加以下功能：
◆獲取先進診斷信息：智能無線適配器通過AMS Suite訪問先進的診斷信息，實現(xiàn)電磁流量計和科氏流量計的現(xiàn)場儀表校驗功能；
◆增強閥門能力：智能無線適配器與AMS ValveLink 軟件可以很容易地實現(xiàn)FIELDVUE數(shù)字閥門控制器的新增功能，包括數(shù)字閥門控制器在線閥門測試、報警監(jiān)控和閥門的位置趨勢。
◆遠程設備管理和健康監(jiān)測：用戶通過智能無線適配器和AMS設備管理組合，在控制室就可以檢測HART設備的故障，不間斷地監(jiān)測設備，以優(yōu)化維護時間表，減少停機時間并減少人員在危險區(qū)的滯留時間。
據(jù)介紹，目前已安裝使用的HART儀表有3000萬臺且種類繁多，智能無線適配器給這樣一些儀表的功能增加和應用擴展提供了一條新的途徑。
④智能無線網(wǎng)關(guān)
智能無線網(wǎng)關(guān)(見圖4)是現(xiàn)場無線網(wǎng)絡和主機控制系統(tǒng)的多種通訊協(xié)議接口，智能無線網(wǎng)關(guān)類型有Modbus,、TCP/IP、OPC、以太網(wǎng)等。與控制系統(tǒng)的集成可以選擇Modbus或OPC的方式，在某些情況下，智能無線網(wǎng)關(guān)可以像控制器一樣直接掛在的控制網(wǎng)絡上。在控制系統(tǒng)的操作員界面上可以清晰直觀地獲得無線設備的過程和設備診斷信息。數(shù)據(jù)刷新速率：從數(shù)秒到數(shù)十分鐘可選，一臺智能無線網(wǎng)關(guān)最多可連接數(shù)十臺設備。
圖4 智能無線網(wǎng)關(guān)
智能無線網(wǎng)關(guān)與所連接的多臺無線設備的網(wǎng)絡是自組織、自適應的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，設備在網(wǎng)絡中會自動查找最佳的通訊路徑，當某個節(jié)點通訊性能下降時，它能自行修復，無需操作人員干預就可以可靠運行，網(wǎng)絡的擴展和重組能力強。
WirelessHART系統(tǒng)在中國的應用
2007年9月國外公司在中國正式推出WirelessHART系統(tǒng)工業(yè)無線產(chǎn)品，以下介紹在國內(nèi)應用的幾個實例。
①江西卡博特藍星化工公司
江西卡博特藍星化工公司采用最先進的二氧化硅生產(chǎn)工藝，采用了先進的DeltaV控制系統(tǒng)，安全儀表采用DeltaV SIS系統(tǒng)，應用AMS智能設備管理系統(tǒng)對現(xiàn)場設備進行實時監(jiān)控和管理。由于鋪設電纜及設備維護難度較大，工廠的重要設備——冷卻風機和助燃風機運行狀態(tài)(風機軸溫度及風機入口壓力)在線檢測采用智能無線解決方案，包括監(jiān)測風機的軸溫的智能無線溫度變送器和風機入口壓力的智能無線壓力變送器，并利用智能設備先進的預診斷功能和智能設備管理軟件，對無線儀表進行監(jiān)測，將無線監(jiān)測數(shù)據(jù)無縫集成到DCS系統(tǒng)，以獲得最大經(jīng)濟效益。
從2008年7月投入運行至今，測量結(jié)果準確穩(wěn)定，設備運行正常，達到用戶的預期要求，進一步增強永戶使用無線產(chǎn)品的信心。
②中石油塔西南化肥廠
中石油塔西南化肥廠是一家專業(yè)生產(chǎn)尿素的廠家，該廠二氧化碳再生塔、吸收塔的塔高約40m，塔的壓力測量均采用普通差壓變送器完成，由于地處西北地區(qū)，冬天的氣溫較低，引壓管線經(jīng)常被凍(引壓管長50米)，儀表無法正常工作，嚴重影響了安全生產(chǎn)，也給儀表維護工作帶來了很多困難。
解決方案中由智能無線網(wǎng)關(guān)和智能無線壓力變送器組成智能無線網(wǎng)絡，變送器分別安裝在塔頂和塔底，測量塔頂、塔底差壓，通過Modbus/RTU方式將數(shù)據(jù)送至DCS系統(tǒng)。該項目從2008年8月投入運行至今，測量結(jié)果準確穩(wěn)定，無線網(wǎng)絡設備運行正常，遠遠超出了用戶的預期要求，給儀表運行維護帶來了極大的方便，增強了用戶使用無線產(chǎn)品的信心。
③中海油友誼號平臺輸油船
自動化方案包括：智能無線網(wǎng)關(guān)、溫度變送器、開關(guān)量變送器。通過無線通訊方式，可對敷設電纜困難的設備和區(qū)域進行監(jiān)測，從而節(jié)省安裝成本。此項目自2009午11月28口投運以來，無線儀表運行正常，數(shù)據(jù)傳輸可靠，增強了設計工程師及儀表維護工程師使用無線儀表的信心，深刻感受到智能無線技術(shù)帶來的直接經(jīng)濟效益。
④華能上海石洞口第一電廠
華能上海石洞口第一電廠決定對除灰控制系統(tǒng)就地設備進行一次改造，決定增加庫頂風機壓差信號、庫底流化風機和斜槽流化風機的壓力信號。但在灰?guī)焐箱佋O電纜十分困難，增加有線儀表的方案不可行。新的解決方案中由智能無線網(wǎng)關(guān)和智能無線壓力變送器組成智能無線網(wǎng)絡，變送器分別安裝在除灰系統(tǒng)灰?guī)斓膸祉旓L機、庫底流化風機和斜槽流化風機附近，分別監(jiān)測風機的壓差和壓力信號。上位機為美國羅克韋爾公司AB系列的PLC，由于PLC中沒有空余的RS485接口，無線網(wǎng)關(guān)將所有測量值通過OPC集成到PLC中，并由羅克韋爾公司通用HMI人機界面顯示。
該項目從2009年12月投入運行至今，測量結(jié)果準確穩(wěn)定，無線網(wǎng)絡設備運行正常，實現(xiàn)了除灰系統(tǒng)的白動化監(jiān)測，大大改善了除灰系統(tǒng)的管理。
智能無線現(xiàn)場啟動包
一些WirelessHART設備生產(chǎn)廠推出智能無線現(xiàn)場啟動包，發(fā)貨時智能無線現(xiàn)場啟動包已預先組態(tài)，開箱即可搭建一個安全的、堅固的自組織網(wǎng)絡。啟動包提供了一些功能選擇，使用戶能夠快速而方便地提高運行性能，同時體驗無線技術(shù)，獲取無線技術(shù)的操作經(jīng)驗，并為未來實現(xiàn)更大范圍的無限應用奠定基礎(chǔ)。由于智能無線現(xiàn)場啟動包的點數(shù)不多，價格較低，可降低用戶風險。
智能無線啟動包包括：
◆任意選擇幾臺或更多無線壓力、溫度、差壓液位、差壓流量、振動、pH變送器和離散開關(guān)進行組合，再任意組合智能無線適配器和無線閥位檢測器，獲取未曾利用的過程和診斷信息；
◆一臺安全、穩(wěn)定的智能無線網(wǎng)關(guān)；
◆從無線設備中獲取診斷信息的預測維護軟件；
◆相關(guān)的應用軟件，可方便地設計無線網(wǎng)絡并獲取網(wǎng)路及設備的診斷信息；
◆服務軟件，它可以對整個網(wǎng)絡的狀況進行評估，以確保通訊的穩(wěn)定性和可靠性，同時還可以確認設備在用戶選用的通訊協(xié)議中(Modbus，TCP/IP，以太網(wǎng)等)體現(xiàn)的功能性。
采用智能無線啟動包建立無線網(wǎng)絡無需現(xiàn)場勘察，無需前期工程設計，更不需要特殊工具，安裝和調(diào)試工作只需幾分鐘就可完成。用戶可以方便地在自組織網(wǎng)絡中添加新的設備，因為它可以無限擴充。
相關(guān)閱讀
WirelessHART網(wǎng)絡設計規(guī)則
工業(yè)無線通信系統(tǒng)應用注意事項
