无线技术提高采矿效率的研究

无线方案的成本结构让人惊叹，用户对于它带来的节省可以一目了然--- 由于没有了接线和相关的工程及文档费用，无线方案与有线方案相比，可节省90%以上的安装成本。 许多应用过去需要花费高昂成本，而现在可以通过无线技术变得经济可行。让我们来举2个例子，一个是对安全喷淋进行连续监测，以提示操作人员其是否处于可用状态；另一个是监测臭气，以确保排放符合环境法规。

在许多应用案例中，无线变送器可解决以往安装有线设备费用高昂或技术上无法实现的困境。例如监测旋转反应炉的温度或是在严酷工况中测量过程参数。操作人员还可通过无线技术从难以到达的区域获得远程信息，大大提高了工作的灵活性。

根据Venture Development公司在2008年底对微波工业中监测及控制设备的无线频率研究显示，正是无线通讯的这些特性推动了工业无线应用的升温，他们认为工业无线的应用在2007年到2012年之间将以每年19%的速度增长。

　　无线工厂网络应用

采用无线工厂网络，工厂中的移动作业人员能够始终与控制系统和管理系统保持有效和及时的通讯。例如，现场操作人员和维护人员可在现场通过笔记本电脑或掌上电脑无线访问过程数据和业务管理系统。在现场的工作人员还可以根据实时的工作指令进行操作，利用过程数据和设备数据排除故障；直接把工作报告存档；获取材料和设备的条形码信息。这一切都将提高工厂工作人员的工作效率，尤其是采矿厂，工作人员通常都在现场工作。

位置跟踪。位置跟踪融合了多种视频技术，采用标准的WiFi通讯协议和先进的定位引擎，对厂区内的人员和设备进行跟踪。这项功能提高了人员和工厂资产的安全性，优化了对危险区域重要设备的管理。如果发布了紧急撤离指令，无线跟踪系统就能自动识别和记录有哪些工作人员已经赶到召集站了。这种功能还可用于记录工作人员进出危险场所和禁区的情况。

艾默生的位置跟踪系统是专门为危险环境而设计的，采用标准的WiFi网状网络传递实时的位置信息。位置信号接受器、激励器和RFID标签可精确地监测采矿厂内的人员和设备位置，WiFi、超宽带、GPS、阻塞点（choke-pint）以及RFID等技术都被整合到同一个网络中。寻找设备的时间大大节省了，由于检修、突发事件和新的工程项目引起的生产中断和延迟也将显著减少。

关键业务的视频文件可通过无线技术灵活地传送到控制室、办公室和其它地方，这是有线技术无法实现的。与派遣人员进行现场巡视相比，无线高数据流视频系统是一种更快、更简单而且成本更低的过程监视方法。

语音无线局域网可支持无线工厂网络的移动语音通讯。IP电话的使用就像一般的手机，只不过通话是采用网络语音协议通过无线工厂网络实现的。

语音无线局域网更适合于移动的现场作业人员接受工作指令和紧急命令。管理人员和操作人员之间的即时通讯能够促进开车和停车阶段的沟通和协调。语音IP电话使现场人员能够始终保持联络，一旦发生紧急情况，可立即发送求救信号，救援小组也能立刻收到实时信息。

语音无线局域网使无线工厂网络的使用得到了推进，它可以提供语音和数据服务，而无需支付网络月租费，它的投资成本要低于其它通讯方式。

　　目标 /结果

无线方案的可靠性、低安装成本和工业级安全标准吸引了诸多采矿企业。和其它工业企业一样，他们希望通过无线技术降低成本、提高效率和生产能力、减少非计划停车。无线技术还具有以下优势：

　　可以从无法到达的测点获取更多更好的数据
更快地响应设备故障
进一步了解过程状况
无需电缆和接线，降低安装成本
降低维护成本
对于变化的响应更灵活
据分析，采用无线技术可提高质量、产量和效率，同时降低运行成本、维护成本以及安全健康环保的管理成本。

　　如何起步

大多数仪表供应商都支持WirelessHART标准，并可为采矿企业的无线应用提供服务。艾默生是目前唯一一家能够提供集标准化无线设备和控制系统于一体的自动化系统供应商。艾默生不仅能提供智能无线现场设备，而且还提供智能无线网关，它能够接收至多99台变送器发送的信息，并将这些信息集成到自动化系统中。此外，通过AMS Suite预测维护软件的设备诊断信息，工作人员能够确定设备何时需要维护，从而方便地管理工厂设备。

为了让感兴趣的用户不需要做太多投资就能体验无线技术，艾默生推出了SmartPack无线启动包，它配置了基本的无线变送器、一台智能无线网关和调试自组织无线网状网络的说明书，有了这些就能搭建起一个功能齐备的无线网络了。

　　无线的定义

无线技术可在以下两大方面对采矿业产生重大影响：基于传感器和现场仪表的无线现场网络和应用于业务管理的工厂网络。

无线现场网络- 具有自组织网络结构的无线现场网络基于WirelessHART通讯标准，安装简便，无需现场勘查，可轻松获取测量和诊断数据。WirelessHART标准于2007年9月由200多家HART通讯基金会成员公司共同通过，它是专为过程工业，包括采矿业而设计的。WirelessHART被著名的咨询公司ARC誉为自动化3大趋势之一。

WirelessHART 设备只需很小的带宽，就能达到很高的通讯性能。无线通讯采用的是经过验证的工业技术，并且在设计时充分考虑了安全性和可靠性。其自组织网状网络为现场仪表的相互通讯提供了平台，最大限度地确保了网络的集成，不让任何一个信号点出现问题。网络中每台设备都可以是一个连接点，它们会自动寻找最佳的通讯路径，如果出现临时障碍挡住通讯路径，邻近的设备会自动建立新的通讯路径继续传递信号，使数据传递的可靠性达到99%以上。

在规划无线现场网络时，无需预先对无线电频率进行现场勘查，自组织网络可令通讯畅通无阻，尤其在金属密度很高的工厂环境中，自组织网络更可以大显伸手。

　　电池寿命也是需要考虑的一项重要技术指标。所有无线设备都可设置成省电模式，以延长其使用寿命，电池的使用时间取决于设备传递数据的频率。当前的电池技术结合了能效测量仪器，可使大多数应用于温度和液位测量的无线设备电池寿命延长到10年。无线工厂结构非常经济而且可方便地将现场数据与自动化系统或资产管理进行整合。无线现场设备可广泛分布在工厂的边缘地区，穿越公路、河道或安装在铁路槽车、船支及卡车等移动平台上，用以收集过程信息，这是有线设备无法做到的。

　　无线工厂网络基于IEEE802.11标准，采用网状WiFi技术，以经济的成本为工厂运行搭建户外无线网络。无线工厂网络为各种固定和移动应用提供了安全、高带宽、可靠和灵活的获取信息的方式，如过程监测、资产跟踪、视频监视、音频通讯等。典型的无线工厂结构一般由网状接入点、局域网控制器和网络管理软件组成。

　　在使用无线工厂网络时，安全是一个重要考虑因素。幸运的是，应用于工业的无线工厂网络技术已经应运而生。为了防止无线窍听和其它外部攻击，所有数据传输都进行加密和用户授权，所采用的安全标准和协议均符合802.11i、WPA2和AES。

　　无线工厂网络的另一个要求就是可靠。采用智能化的路径协议来建立和维护无线网络，为网络提供自愈合、自修复和抗干扰等功能。远程接入点可在网络中选择最佳通讯路径，降低无线电频率的干扰，实现网络容量最大化。

　　问答

　　无线到底可以做什么？在有线设备无法到达的区域、危险区域，没有电源或是无法布线的区域，无线设备可以更快更方便地进行安装。由此获取的数据将缩短工作人员对设备故障的响应时间，甚至可预测即将发生的问题，从而避免非计划停车。随之带来的好处还包括更多地了解过程状况和更高的工厂性能，最终达到了节省成本提高效率的目的。

　　无线技术为获取有用信息提供了更为有效和简单的方法。例如，工作人员可在任何地方访问和操作各种数据；可对厂区内的人员和设备进行连续监视；安全系统确保所有访问都经过授权；摄像头不但用来监测围墙，还可监测过程。无线技术以方便经济地方式让工作人员更好地了解过程状况。

　　无线数据是否可靠？任何一种无线系统的可靠性都取决于其信息的传递能力，尤其是遇到设备故障或视线距离路径被阻挡的情况。与点到点的无线系统不同，艾默生的智能无线方案采用的是网状网络结构，它的通讯路径不是唯一的，而是冗余的，这就大大提高了通讯的可靠性，在无线设备与网关之间无论是出现了临时的还是永久性的障碍，都不会影响通讯。事实上，自组织无线网状网络可实现99%以上的网络可靠性。

　　无线设备是否适用于采矿和矿石加工这种严酷工况？艾默生的无线设备已成功应用于加拿大北部的油砂控制，这是全球环境最恶劣的地方之一；在澳大利亚无线设备曾用来监测卸船用海上沥青输送管道上的加热装置；在西弗吉尼亚，无线设备抵御了轧钢机的高温和潮湿。无论面对怎样的挑战，无线装置的可靠性始终高于90%。

　　对于采矿和矿石加工工业，无线是否具有足够的灵活性？开放性是WirelessHART标准最大的好处。无论是供应商还是最终用户都可以对无线产品及其应用进行有益的创新和开发。

　　无线现场网络的应用

　　目前无线现场设备主要应用于以下2个方面：

　　必须新增加的测量点
希望增加的测量点

　　为了满足环境和安全法规，有时必须增加新的测点，例如根据法律要求测量远程区域的流量、储罐液位以及排污质量。法规的制定者不会考虑因此带来的挑战，他们只关心是否符合法规。

　　位于阿拉巴马的一家炼油厂需要监测排放到河道的冷却水温度，这时只需一台罗斯蒙特无线变送器就能监测回流水温，以确保排放符合当地法规，并连续地将数据传输到与集散控制系统相连的无线网关上。

　　希望增加的测点是指以前需要花费高昂成本才能实现的测量，通常情况，在建设过程工厂时，往往有一些设计好的测量点因成本原因，最终就不连了，但之后，操作人员还是会觉得有很多参数需要连续测量，以提高工厂性能。由于无线设备的安装不需高昂的成本，从这些测量点获取信息也随即成为可能。

　　以前，技术人员需要定时前往现场记录远程设备的测量读数，这样做很费时。例如在一家矿石加工厂内，需要对加热溶出液的热交换炉进行连续监测防止内部结圬，然而过去获得数据的速度不够快，而且现场数据记录仪无法对异常状况进行提示，也不能提供趋势信息。安装无线压力变送器后，可对4台溶出液加热装置之间的压差进行连续监测，同时将数据传至艾默生智能无线网关，使用至今运行良好，除了暴雨及极端恶劣天气外，网络的可靠性达到了100%。

　　另一个典型案例是对旋转设备进行连续振动监测，过去唯一获取数据进行分析的途径是定时去现场记录，新的无线振动监测设备可实现对远程电机和泵的进一步掌控，这将有望成为无线在采矿行业的主要应用。

　　无线阀位监测器在矿石加工中也起到了积极的作用，在很多工厂中，阀门都是手动操作或半自动的，基本无法进行监控，受成本和地理位置等限制，更谈不上提供诊断信息了，由于错误的阀位会引发安全事故，因此设备诊断非常重要。

　　给控制阀增加无线通讯功能的另一个原因是希望获得阀门的状态信息。对于在运行过程中的控制阀，由于无法看到控制阀的内部情况，所以不能判断它是否运行良好。例如，阀门的行程偏差是无法通过外部观察进行判断的，除非是借助智能阀门控制器或将阀门拆下，当偏差超过5%而且持续5秒以上才可以断定有故障了。

　　对于处在偏远或难以到达地区的阀门来说，无线无疑是最佳的也是最经济的一种提高响应速度和过程效率的通讯方法。与有线方案相比，无线方案可节省90%的安装费用，这使得无线的应用到了越来越多的关注。