現(xiàn)國內(nèi)外主要的溫度測量設(shè)備為熱電阻或者熱電偶進行有線遠(yuǎn)程測量，通過三線制或者二線制進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻CS的RTD卡或者通過溫度變送器進行現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)檢測。而對于旋轉(zhuǎn)設(shè)備溫度的測量基本有兩種方式：①利用雙金屬溫度計就地測量；②旋轉(zhuǎn)運動的設(shè)備，用4-20mA一體化變送器配套滑環(huán)(或者電氣旋轉(zhuǎn)接頭)連接信號線接入DCS或PLC系統(tǒng)集中顯示。
1、解決煅燒爐的溫度監(jiān)測問題
三友集團純堿公司重灰工序煅燒爐在生產(chǎn)中長期旋轉(zhuǎn)工作，爐體返堿溫度測量布線困難，無法將返堿溫度實時傳送至DCS控制系統(tǒng)，而現(xiàn)場安裝的雙金屬溫度計只能在停爐時觀測返堿溫度。為了生產(chǎn)管理的快捷、減少生產(chǎn)參數(shù)的計算帶來不便，如何對旋轉(zhuǎn)爐溫度進行準(zhǔn)確、實時的測量，成為亟需解決的問題。
近年來由于產(chǎn)品制造工藝的發(fā)展和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步，因此針對旋轉(zhuǎn)設(shè)備的溫度監(jiān)控的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備逐漸進入市場，通過無線設(shè)備進行無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，就可以完成對旋轉(zhuǎn)設(shè)備的溫度監(jiān)測以及數(shù)據(jù)實時傳輸，從而解決了此類設(shè)備的溫度測量問題。
如果能夠構(gòu)建WirelessHART流程無線系統(tǒng)，來實現(xiàn)對煅燒爐返堿溫度測量數(shù)據(jù)的信號傳輸，實時傳輸至DCS操作畫面以及生產(chǎn)管理網(wǎng)，不僅對工藝數(shù)據(jù)采集更加及時準(zhǔn)確，還能夠節(jié)省材料、人工等費用，為生產(chǎn)工藝節(jié)省生產(chǎn)空間，減少土地空間使用率，也代表著純堿工業(yè)由自動化向智能化的邁出了一大步。
純堿公司1～2#重灰煅燒爐返堿溫度目前的測溫元件為雙金屬溫度計，改型為熱電阻，并采用有無線傳輸功能的溫度變送器以及無線網(wǎng)關(guān)，構(gòu)建成WirelessHART流程無線系統(tǒng)，將測量數(shù)據(jù)利用無線傳輸技術(shù)發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)實時接收數(shù)據(jù)信號，通過Modbus協(xié)議將接收到的信號傳輸至DCS系統(tǒng)，在DCS操作換面上顯示重灰爐返堿溫度測量值，并將其并入生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)。
2、WirelessHART流程無線系統(tǒng)的組建
2.1 工作原理
無線傳輸代替有線傳輸，實現(xiàn)對煅燒爐返堿溫度的實時、準(zhǔn)確、有效的監(jiān)測。利用無線傳輸技術(shù)構(gòu)建測溫流程無線系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場測溫元件與生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的連接，并實時、穩(wěn)定的進行數(shù)據(jù)傳輸，且無線連接技術(shù)需要具有完善的網(wǎng)絡(luò)防護功能，能夠阻止未授權(quán)的訪問。
采用無線網(wǎng)關(guān)以及具有WirelessHART功能的溫度變送器，構(gòu)建成一個WirelessHART網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其中溫度變送器作為與適配器相連的具有HART功能的設(shè)備，對1～2#重灰煅燒爐8個返堿溫度點進行現(xiàn)場測量，同時通過701BPKKF鋰電池進行供電，溫度變送器將測量到的電阻信號轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號，通訊方式上使用無線傳輸，通過變送器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，將標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過無線模塊將數(shù)字信號發(fā)送出。
無線網(wǎng)關(guān)由3部分組成，與各變送器連接的無線接入點；配置網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度設(shè)備之間的通信及檢測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)管理器，還控制網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的連接和管理各變送器的信息安全；與WirelessHART網(wǎng)絡(luò)與DCS系統(tǒng)連接的網(wǎng)關(guān)接口。無線網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)場8臺WirelessHART變送器設(shè)備進行WLAN連接，并將HART數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Modbus TCP格式，將信號傳輸?shù)紻CS的Modbus通訊模塊，集成到管理系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)的編程和診斷可以通過嵌入式Wed服務(wù)器進行。WirelessHART數(shù)據(jù)采用128位AES標(biāo)準(zhǔn)加密，WLAN數(shù)據(jù)采用WEP和WPA進行加密。
2.2 智能無線網(wǎng)關(guān)以及Rosemount 648無線溫度變送器應(yīng)用
采用1420型智能無線網(wǎng)關(guān)以及Rosemount 648無線溫度變送器，在現(xiàn)場安裝中，應(yīng)先安裝網(wǎng)關(guān)并與電腦進行通信連接，網(wǎng)關(guān)IP 地址設(shè)置為 192.168.1.10。每煅燒爐需要安裝4臺Rosemount 648變送器，對同一切面不同位置進行返堿溫度測量，需要將測量點1、2、3、4對應(yīng)不同IP地址，再將不同變送器IP設(shè)置為192.168.1.1～254的網(wǎng)段中，從距網(wǎng)關(guān)最近的無線設(shè)備開始對無線設(shè)備通電，可使網(wǎng)絡(luò)安裝快速啟動，當(dāng)8臺變送器全部啟動后，每臺無線設(shè)備之間構(gòu)成網(wǎng)橋，以達(dá)到通信連接正常。
圖1 Rosemount 648溫度變送器傳輸示意圖
2.3 WirelessHART網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建
在構(gòu)建WirelessHART網(wǎng)絡(luò)時，每個現(xiàn)場設(shè)備在有效范圍內(nèi)應(yīng)該最少有3個相鄰設(shè)備，因為旋轉(zhuǎn)設(shè)備隨時都會發(fā)生位置變化，萬一對無線傳輸路徑形成障礙，可以確保至少有2臺能夠連接，已達(dá)到網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑通暢，確保路徑的冗余性和多樣性。變送器天線應(yīng)豎直布置，可以豎直向上或豎直向下，并且距任何大型結(jié)構(gòu)、建筑或?qū)щ姳砻婕s1m遠(yuǎn)，以便與其它變送器構(gòu)成的網(wǎng)橋連接順暢通訊。在發(fā)生故障時，變送器具備進行自診斷與自修復(fù)的功能，并且提供電源的電池具備較長的持續(xù)供電能力，電池更換方便快捷。
3、系統(tǒng)優(yōu)勢
①無線采集終端，減少鋪設(shè)管線的麻煩，使用更為方便、安全；
②減少巡檢人員現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)時間，提高工作效率；
③數(shù)據(jù)存儲，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)追蹤，對設(shè)備前后狀態(tài)進行數(shù)據(jù)對比分析；
④多功能報警策略，絕對值報警、相對值報警、設(shè)備級報警、部件級報警；
⑤集中對比監(jiān)測分析模式；
⑥大數(shù)據(jù)趨勢分析，可根據(jù)設(shè)備參數(shù)趨勢進行狀態(tài)預(yù)判；
⑦圖形輸出，軟件圖譜支持圖形輸出功能，可在Word、Excel、Powerpoint等文檔使用。
4、實現(xiàn)結(jié)果
純堿1～2#重灰煅燒爐安裝使用Rosemount 648無線變送器進行返堿溫度測量后，可將測量數(shù)據(jù)實時傳輸至DCS操作畫面中，并且并入生產(chǎn)網(wǎng)中，對煅燒爐返堿溫度的實時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)監(jiān)測。既減少了現(xiàn)場操作人員的勞動強度，又節(jié)省了生產(chǎn)空間，減少電纜、橋架、穿線管等材料的使用。在提高生產(chǎn)測量的精準(zhǔn)度，為工藝指標(biāo)控制提供依據(jù)的同時，節(jié)約人工費、維修費及材料費約1.15萬元/年。
5、總結(jié)
這一項目的順利實施，取決于現(xiàn)在科技的飛速發(fā)展的結(jié)果。WirelessHART技術(shù)將補充而不是取代有線儀表，工業(yè)生產(chǎn)中兩者將平行存在、平行工作，無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了將現(xiàn)場儀表連接至自動控制系統(tǒng)的方法，使用開放的WirelessHART協(xié)議，可以極大地提升儀表性能，大幅度提高工業(yè)生產(chǎn)力和效率，在以后的項目研究上，WirelessHART技術(shù)會得到越來越廣泛的應(yīng)用，我們要勇于探索，敢于創(chuàng)新，通過新科技、新手段讓加速智能化、智慧化工業(yè)的到來。
作者： 趙堅(唐山三友化工股份有限公司純堿分公司)
