看，妈，没有电线

韦恩•曼格斯(Wayne Manges)谈到工业无线网络时，有时会引用查尔斯•狄更斯(Charles Dickens)的话。曼格斯是仪表、系统和自动化协会(ISA) SP100委员会的联合主席。他说，在当今的无线业务中，“这是最好的时代，也是最坏的时代。”SP100委员会于今年早些时候成立，旨在制定工业无线网络标准。

“这是最好的时代，因为你会看到越来越多的支票簿被打开，”曼格斯说。他指出，特别是核电厂和化石燃料发电厂，目前是无线技术最热心的采用者之一。“这些人现在正在购买无线设备，他们的投资回报率(roi)是6个月，”曼格斯说。Manges是位于田纳西州橡树岭的美国能源部橡树岭国家实验室工业无线项目的项目经理，他说，位于德克萨斯州格伦罗斯附近的科曼奇峰核电站是“目前世界上最大的工业无线传感器装置”。

然而，另一方面，许多行业的工业用户仍然不愿在工厂内进行大规模的无线投资。人们最常提到的原因是对可靠性、安全性和缺乏工业无线标准的担忧。“坏消息是，我们仍然看到失败。现在仍然有一些可怕的故事，有人在午餐时间开了微波炉，把整个(无线)网络都毁了。因此，我们制定标准的部分目的就是克服这些障碍。”

今天，希望在工厂中实现无线网络的工业终端用户面临着令人眼花缭乱的各种技术选择，从电气和电子工程师协会的IEEE 802.11a/b/g标准家族，到短距离蓝牙系统和基于ZigBee规范或其他基于IEEE 802.15.4的方法的自组织网状网络。更不用说在400兆赫兹(MHz)、900兆赫兹和2.4千兆赫兹(GHz)带宽上使用的专有供应商解决方案。

SP100委员会的任务是根据最终用户的需求来理解这一切，并正在制定标准、推荐做法、技术报告和相关信息，以定义实施无线系统的程序。委员会希望在2006年初发布初步文件，供行业反应和使用，Manges说:“我们可能会在秋天制定一个标准草案。”

为什么无线?

无线技术在工厂中的潜在好处是令人信服的。最明显的优点是消除了布线安装成本，通常可以节省大量费用。业内人士表示，根据安装类型的不同，每英尺的价格从10美元到40美元不等，甚至可以达到数百美元甚至数千美元。移动设备和工人的移动性得到了改善，他们不再需要被束缚在通信或交换数据上，这也带来了其他好处。

不那么明显的是无线技术所能带来的新应用。“这不是试图连接的设备,无线,它试图找出之前你能做什么,你不能做,现在你有无线,”理查德·a·桑德斯指出,一个工程师在埃克森美孚研究和工程,在费尔法克斯。“当你看,你可以找到很多优势无线和大量的应用程序也许你从未想过,”桑德斯说,与相关SP100委员会联席主席。

Gabe Sierra对此表示赞同。位于德克萨斯州奥斯汀的过程自动化供应商艾默生过程管理公司的无线营销经理Sierra说:“无线技术的关键之一是它需要一种新的思维方式，因为你已经改变了你能做什么和可能做什么。”Sierra引用了蒸汽管线的无线温度监测作为一个不使用有线技术的应用实例。他指出:“由于可以经济有效地安装无线点，因此可以在一段距离内监测蒸汽管道，发现冷凝区域，从而采取适当的纠正措施。”

Sierra表示，艾默生目前提供用于远程监控和长途通信的无线产品，并与多家客户合作进行各种无线技术的现场试验，包括用于工厂内应用的所谓“网状”或“自组织”网络。Sierra表示，该公司正在参与SP100活动，并与Hart无线工作组密切合作，该工作组正在开发一种无线标准，将自组织网络作为主要基础。他承认，艾默生距离推出自组织网络产品可能还有12个月的时间。

EPRI介入

位于北卡罗来纳州夏洛特市的电力研究所(EPRI)的高级技术经理Ramesh Shankar也认为，无线技术可以显著节省成本并具有运营优势。他说，在核电站或化石燃料发电厂安装电线的成本“高得令人望而却步”，每英尺从1000美元到5000美元不等，“所以无线似乎是一个很好的替代解决方案。”

在过去的两年里，EPRI，一个非营利性的能源和环境研究中心，与各种电力公司合作，安装和评估无线设备监测技术。Shankar说，目标是提高发电和输电设施的可靠性、可用性和可维护性。

到目前为止，无线技术正在证明其价值的一个设施是科曼奇峰蒸汽发电站，这是一座位于达拉斯西南约85英里的两座核电站。由达拉斯TXU公司运营的科曼奇峰站今年早些时候完成了一个示范项目的第一阶段，该项目与epri合作，涉及无线设备监测。

达拉斯TXU电力优化中心的经理克林顿·卡特(Clinton Carter)说，为了这个项目，该工厂在科曼奇峰2号楼的关键发电设备上安装了55个无线传感器，包括泵、电机和涡轮机。传感器监测振动和其他参数，并将数据无线传输到工厂内与光纤骨干相连的接入点。该主干连接到工厂现场的局域网，使工厂技术人员能够访问传感器数据进行预测性维护分析。

这种无线监控系统由马萨诸塞州沃本市的Azima公司提供。该公司是无线监控和预测性维护系统和服务的供应商，基于IEEE 802.11b标准，也被称为Wi-Fi，即无线保真度。因此，它可以集成到工厂早些时候安装的802.11b无线基础设施上，以支持无线语音通信和其他应用程序。

Carter说，这些基础设施包括大约400个无线接入点，安装在整个科曼奇峰校区，提供100%的覆盖。他说:“我们现在在车站部署了几百部无线VoIP电话(用于互联网协议语音)，我们还试行了[无线]IP视频监控。”Wi-Fi系统还支持整个设施的移动计算。所有这些应用程序，以及Unit 2传感器监控系统，都运行在相同的802.11b无线基础设施上。“安装802.11b的想法是灵活的，”卡特解释说。“这是一个单一的平台，可以让你做语音、数据和视频。”

至于无线监控系统，Carter强调，科曼奇峰工厂“不会仅仅根据工厂设备无线监控提供的信息采取任何与操作或维护相关的行动。这是一个严格意义上的非侵入式工厂信息系统，为工厂工作人员提供增强的信息，以识别潜在的退化设备，这些设备可以在遇到设备或部件故障之前主动解决，”他说。

Carter指出，到目前为止，TXU对无线监测系统的性能感到满意。据Shankar介绍，去年2月，科曼奇峰2号机组的第一阶段演示结束，EPRI计划明年进行第二阶段研究，以观察该系统的长期性能。与此同时，TXU正计划从明年初开始在1号楼复制安装在2号机组上的传感器系统。卡特说，最终的目标是消除目前科曼奇峰的人工数据收集系统，转而采用无线传感器监测。

潜在的优势有几个。卡特指出，采用目前的人工方法，工厂的预测分析专家必须花费大约一半的时间从每台设备上单独收集数据，因此他们分析数据的时间太少了。此外，员工每月都要走一次路。他说:“一旦他们收集了数据，我们在接下来的一个月里都不会再看到那台设备，所以我们得到的是非常罕见的快照。”

卡特指出，相比之下，无线系统每天收集和传输每件设备的数据两次，使监测频率增加了60倍。这意味着无线数据监测不仅可以比人工方法更快地产生大量有意义的数据集进行分析，而且还可以腾出更多的工作人员时间来执行分析，因为工作人员不再需要走数据收集路线。

然而，在工厂用无线监控取代人工数据采集之前，工作人员必须对无线系统进行彻底的工程评估，将无线数据的质量和可靠性与人工采集的数据进行比较。卡特解释说:“我们认为无线数据很好，但核电站的一切都必须进行分析和记录。”他说，这个评估项目是“我们将在2006年开展的工作”，如果该项目按计划进行，明年晚些时候将开始逐步淘汰人工数据收集路线。

在一些情况下，科曼奇峰的工作人员已经很好地利用了无线监测数据。例如，在去年的一个案例中，工作人员注意到核电站1号机组大楼的主涡轮机发出了一些不寻常的声音。卡特指出:“我们每班派两次人去听声音，收集声音信息，看看情况是否变得更糟。”“我们突然想到，我们可以把2号机组上使用的一些无线传感器放在1号机组的涡轮机上，以监测不断变化的条件。因为我们有100%的覆盖率，所以获得网络连接不是问题。”

那个想法成功了。“我们能够在很短的时间内部署传感器，”卡特说，减少了对涡轮机额外人工监控的需要。工作人员使用无线监控数据来密切关注涡轮机，直到它定期维修停机。

展望未来，卡特表示，科曼奇峰公司不仅希望消除目前常规的人工数据收集路线，而且还计划利用无线传感器易于安装的优势。工厂工作人员计划在一辆“急救车”上安装传感器和设备，可以滚动到潜在的故障点。卡特解释说:“当工厂出现问题，我们需要在一段时间内加强监测时，我们可以走出去，迅速对那台设备进行检测，并将其与我们监测的其他设备联网。”

更大的图景

正如Comanche Peak选择802.11b作为在单一无线基础设施上集成多个应用程序的方法一样，其他公司也在考虑类似的基于标准的策略。自动化供应商西门子能源与自动化公司网络基础设施产品营销经理Raj Rajani说。他指出，“我们的一些客户要求我们向他们展示我们的无线产品是如何在办公环境和工厂车间工作的。”

西门子网络产品业务经理杰夫•豪(Jeff Howe)补充称，许多客户“考虑的是更大的前景”，而不仅仅是单一的工业无线应用。Howe说，这些客户可能“刚开始只做监控”。但他们想要一个可以处理更多数据的无线基础设施。“他们说，‘我希望能够支持语音，因为在未来，我可能会让我的维护人员在那里不仅使用手持设备，还使用VoIP电话。而且我不希望必须安装单独的无线网络来处理这个问题，’”Howe说。

拉贾尼说，作为回应，西门子一直在扩大其无线工业产品线，超越专有的900兆赫技术，包括802.11频段。基于802.11b和802.11g的网络使用2.4 GHz频段，而802.11a使用5 GHz频段。

尽管如此，专利产品在今天的无线工业应用中仍然占有相当大的份额。最近开始使用专有无线系统的一家公司是ZLB Behring LLC，这是一家位于宾夕法尼亚州普鲁士国王的等离子体制药公司。该公司位于伊利诺伊州坎卡基的生产基地。高级过程控制工程师杰夫·达布尼(Jeff Dabney)说，该公司正在寻找一种方法，使其生产过程中使用的12个储存乙醇的大型储罐的液位测量过程自动化。

Dabney解释说:“我们的作业人员必须出去测量每个储罐中的油量。达布尼说，这个过程每天需要大约一个小时的工作时间，考虑到酒精的爆炸性，这被视为一种安全隐患。此外，由于美国环境保护署对酒精排放的限制，该公司希望消除每天打开储罐进行测量的需要。

为了解决这个问题，ZLB转向了XYR 5000 -一种无线传感器监控系统，该系统由总部位于凤凰城的霍尼韦尔过程解决方案公司提供，依靠专有的900 MHz跳频扩频技术。

成千上万的保存

通过在每个储罐上安装XYR 5000无线压力变送器，Dabney公司节省了4000至5000美元的电线和电缆成本，否则将需要将储罐库连接到300英尺外的ZLB Behring工厂。他估计，无线解决方案的成本大约是有线解决方案的一半。

与以前每天一次的手动测量相比，无线系统每30秒将水箱液位数据传输到工厂的基站，该基站通过可编程逻辑控制器连接到可以查看数据的显示器。Dabney说:“这有助于节省作业人员的时间，并让我们更好地控制库存。

Dabney说，到目前为止，该公司对无线系统很满意，现在计划将该技术部署到工厂的其他流程相关应用中。他总结道:“这确实可以为我们节省大量的金钱和时间。

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