現國內外主要的溫度測量設備為熱電阻或者熱電偶進行有線遠程測量，通過三線制或者二線制進行數據傳輸到DCS的RTD卡或者通過溫度變送器進行現場溫度數據檢測。而對于旋轉設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旋轉運動的設備，用4-20mA一體化變送器配套滑環(或者電氣旋轉接頭)連接信號線接入DCS或PLC系統集中顯示。
1、解決煅燒爐的溫度監測問題
三友集團純堿公司重灰工序煅燒爐在生產中長期旋轉工作，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，而現場安裝的雙金屬溫度計只能在停爐時觀測返堿溫度。為了生產管理的快捷、減少生產參數的計算帶來不便，如何對旋轉爐溫度進行準確、實時的測量，成為亟需解決的問題。
近年來由于產品制造工藝的發展和無線網絡技術的進步，因此針對旋轉設備的溫度監控的無線網絡設備逐漸進入市場，通過無線設備進行無線網絡的構建，就可以完成對旋轉設備的溫度監測以及數據實時傳輸，從而解決了此類設備的溫度測量問題。
如果能夠構建WirelessHART流程無線系統，來實現對煅燒爐返堿溫度測量數據的信號傳輸，實時傳輸至DCS操作畫面以及生產管理網，不僅對工藝數據采集更加及時準確，還能夠節省材料、人工等費用，為生產工藝節省生產空間，減少土地空間使用率，也代表著純堿工業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關，構建成WirelessHART流程無線系統，將測量數據利用無線傳輸技術發送至網關，無線網關實時接收數據信號，通過Modbus協議將接收到的信號傳輸至DCS系統，在DCS操作換面上顯示重灰爐返堿溫度測量值，并將其并入生產管理網絡。
2、WirelessHART流程無線系統的組建
2.1 工作原理
無線傳輸代替有線傳輸，實現對煅燒爐返堿溫度的實時、準確、有效的監測。利用無線傳輸技術構建測溫流程無線系統，實現現場測溫元件與生產網絡的連接，并實時、穩定的進行數據傳輸，且無線連接技術需要具有完善的網絡防護功能，能夠阻止未授權的訪問。
采用無線網關以及具有WirelessHART功能的溫度變送器，構建成一個WirelessHART網狀網絡，其中溫度變送器作為與適配器相連的具有HART功能的設備，對1～2#重灰煅燒爐8個返堿溫度點進行現場測量，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，通過變送器內部的A/D轉換，將標準的4-20mA電流信號轉換成數字信號，通過無線模塊將數字信號發送出。
無線網關由3部分組成，與各變送器連接的無線接入點；配置網絡、調度設備之間的通信及檢測網絡狀態的網絡管理器，還控制網狀網絡的連接和管理各變送器的信息安全；與WirelessHART網絡與DCS系統連接的網關接口。無線網關與現場8臺WirelessHART變送器設備進行WLAN連接，并將HART數據轉換成Modbus TCP格式，將信號傳輸到DCS的Modbus通訊模塊，集成到管理系統。網關的編程和診斷可以通過嵌入式Wed服務器進行。WirelessHART數據采用128位AES標準加密，WLAN數據采用WEP和WPA進行加密。
2.2 智能無線網關以及Rosemount 648無線溫度變送器應用
采用1420型智能無線網關以及Rosemount 648無線溫度變送器，在現場安裝中，應先安裝網關并與電腦進行通信連接，網關IP 地址設置為 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對應不同IP地址，再將不同變送器IP設置為192.168.1.1～254的網段中，從距網關最近的無線設備開始對無線設備通電，可使網絡安裝快速啟動，當8臺變送器全部啟動后，每臺無線設備之間構成網橋，以達到通信連接正常。
圖1 Rosemount 648溫度變送器傳輸示意圖
2.3 WirelessHART網絡的構建
在構建WirelessHART網絡時，每個現場設備在有效范圍內應該最少有3個相鄰設備，因為旋轉設備隨時都會發生位置變化，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，已達到網狀網絡傳輸路徑通暢，確保路徑的冗余性和多樣性。變送器天線應豎直布置，可以豎直向上或豎直向下，并且距任何大型結構、建筑或導電表面約1m遠，以便與其它變送器構成的網橋連接順暢通訊。在發生故障時，變送器具備進行自診斷與自修復的功能，并且提供電源的電池具備較長的持續供電能力，電池更換方便快捷。
3、系統優勢
①無線采集終端，減少鋪設管線的麻煩，使用更為方便、安全；
②減少巡檢人員現場采集數據時間，提高工作效率；
③數據存儲，并實現數據追蹤，對設備前后狀態進行數據對比分析；
④多功能報警策略，絕對值報警、相對值報警、設備級報警、部件級報警；
⑤集中對比監測分析模式；
⑥大數據趨勢分析，可根據設備參數趨勢進行狀態預判；
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、實現結果
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，可將測量數據實時傳輸至DCS操作畫面中，并且并入生產網中，對煅燒爐返堿溫度的實時、準確的數據監測。既減少了現場操作人員的勞動強度，又節省了生產空間，減少電纜、橋架、穿線管等材料的使用。在提高生產測量的精準度，為工藝指標控制提供依據的同時，節約人工費、維修費及材料費約1.15萬元/年。
5、總結
這一項目的順利實施，取決于現在科技的飛速發展的結果。WirelessHART技術將補充而不是取代有線儀表，工業生產中兩者將平行存在、平行工作，無線網狀網絡技術提供了將現場儀表連接至自動控制系統的方法，使用開放的WirelessHART協議，可以極大地提升儀表性能，大幅度提高工業生產力和效率，在以后的項目研究上，WirelessHART技術會得到越來越廣泛的應用，我們要勇于探索，敢于創新，通過新科技、新手段讓加速智能化、智慧化工業的到來。
作者： 趙堅(唐山三友化工股份有限公司純堿分公司)
