如何利用無線技術(shù)提高采礦效率

    在許多應(yīng)用案例中，無線變送器可解決以往安裝有線設(shè)備費用高昂或技術(shù)上無法實現(xiàn)的困境。例如監(jiān)測旋轉(zhuǎn)反應(yīng)爐的溫度或是在嚴酷工況中測量過程參數(shù)。操作人員還可通過無線技術(shù)從難以到達的區(qū)域獲得遠程信息，大大提高了工作的靈活性。

    根據(jù)Venture Development公司在2008年底對微波工業(yè)中監(jiān)測及控制設(shè)備的無線頻率研究顯示，正是無線通訊的這些特性推動了工業(yè)無線應(yīng)用的升溫，他們認為工業(yè)無線的應(yīng)用在2007年到2012年之間將以每年19%的速度增長。

無線工廠網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

    無線技術(shù)可在以下兩大方面對采礦業(yè)產(chǎn)生重大影響：基于傳感器和現(xiàn)場儀表的無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用于業(yè)務(wù)管理的工廠網(wǎng)絡(luò)。

    無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)- 具有自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)基于WirelessHART通訊標準，安裝簡便，無需現(xiàn)場勘查，可輕松獲取測量和診斷數(shù)據(jù)。WirelessHART標準于2007年9月由200多家HART通訊基金會成員公司共同通過，它是專為過程工業(yè)，包括采礦業(yè)而設(shè)計的。WirelessHART被著名的咨詢公司ARC譽為自動化3大趨勢之一。

    WirelessHART設(shè)備只需很小的帶寬，就能達到很高的通訊性能。無線通訊采用的是經(jīng)過驗證的工業(yè)技術(shù)，并且在設(shè)計時充分考慮了安全性和可靠性。其自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)為現(xiàn)場儀表的相互通訊提供了平臺，最大限度地確保了網(wǎng)絡(luò)的集成，不讓任何一個信號點出現(xiàn)問題。網(wǎng)絡(luò)中每臺設(shè)備都可以是一個連接點，它們會自動尋找最佳的通訊路徑，如果出現(xiàn)臨時障礙擋住通訊路徑，鄰近的設(shè)備會自動建立新的通訊路徑繼續(xù)傳遞信號，使數(shù)據(jù)傳遞的可靠性達到99%以上。

    在規(guī)劃無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)時，無需預(yù)先對無線電頻率進行現(xiàn)場勘查，自組織網(wǎng)絡(luò)可令通訊暢通無阻，尤其在金屬密度很高的工廠環(huán)境中，自組織網(wǎng)絡(luò)更可以大顯伸手。

    電池壽命也是需要考慮的一項重要技術(shù)指標。所有無線設(shè)備都可設(shè)置成省電模式，以延長其使用壽命，電池的使用時間取決于設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)的頻率。當(dāng)前的電池技術(shù)結(jié)合了能效測量儀器，可使大多數(shù)應(yīng)用于溫度和液位測量的無線設(shè)備電池壽命延長到10年。無線工廠結(jié)構(gòu)非常經(jīng)濟而且可方便地將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與自動化系統(tǒng)或資產(chǎn)管理進行整合。無線現(xiàn)場設(shè)備可廣泛分布在工廠的邊緣地區(qū)，穿越公路、河道或安裝在鐵路槽車、船支及卡車等移動平臺上，用以收集過程信息，這是有線設(shè)備無法做到的。

    無線工廠網(wǎng)絡(luò)基于IEEE802.11標準，采用網(wǎng)狀WiFi技術(shù)，以經(jīng)濟的成本為工廠運行搭建戶外無線網(wǎng)絡(luò)。無線工廠網(wǎng)絡(luò)為各種固定和移動應(yīng)用提供了安全、高帶寬、可靠和靈活的獲取信息的方式，如過程監(jiān)測、資產(chǎn)跟蹤、視頻監(jiān)視、音頻通訊等。典型的無線工廠結(jié)構(gòu)一般由網(wǎng)狀接入點、局域網(wǎng)控制器和網(wǎng)絡(luò)管理軟件組成。

    在使用無線工廠網(wǎng)絡(luò)時，安全是一個重要考慮因素。幸運的是，應(yīng)用于工業(yè)的無線工廠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)運而生。為了防止無線竅聽和其它外部攻擊，所有數(shù)據(jù)傳輸都進行加密和用戶授權(quán)，所采用的安全標準和協(xié)議均符合802.11i、WPA2和AES。

    無線工廠網(wǎng)絡(luò)的另一個要求就是可靠。采用智能化的路徑協(xié)議來建立和維護無線網(wǎng)絡(luò)，為網(wǎng)絡(luò)提供自愈合、自修復(fù)和抗干擾等功能。遠程接入點可在網(wǎng)絡(luò)中選擇最佳通訊路徑，降低無線電頻率的干擾，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量最大化。

問答

    無線到底可以做什么？在有線設(shè)備無法到達的區(qū)域、危險區(qū)域，沒有電源或是無法布線的區(qū)域，無線設(shè)備可以更快更方便地進行安裝。由此獲取的數(shù)據(jù)將縮短工作人員對設(shè)備故障的響應(yīng)時間，甚至可預(yù)測即將發(fā)生的問題，從而避免非計劃停車。隨之帶來的好處還包括更多地了解過程狀況和更高的工廠性能，最終達到了節(jié)省成本提高效率的目的。

    無線技術(shù)為獲取有用信息提供了更為有效和簡單的方法。例如，工作人員可在任何地方訪問和操作各種數(shù)據(jù)；可對廠區(qū)內(nèi)的人員和設(shè)備進行連續(xù)監(jiān)視；安全系統(tǒng)確保所有訪問都經(jīng)過授權(quán)；攝像頭不但用來監(jiān)測圍墻，還可監(jiān)測過程。無線技術(shù)以方便經(jīng)濟地方式讓工作人員更好地了解過程狀況。

    無線數(shù)據(jù)是否可靠？任何一種無線系統(tǒng)的可靠性都取決于其信息的傳遞能力，尤其是遇到設(shè)備故障或視線距離路徑被阻擋的情況。與點到點的無線系統(tǒng)不同，艾默生的智能無線方案采用的是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它的通訊路徑不是唯一的，而是冗余的，這就大大提高了通訊的可靠性，在無線設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間無論是出現(xiàn)了臨時的還是永久性的障礙，都不會影響通訊。事實上，自組織無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)99%以上的網(wǎng)絡(luò)可靠性。

    無線設(shè)備是否適用于采礦和礦石加工這種嚴酷工況？艾默生的無線設(shè)備已成功應(yīng)用于加拿大北部的油砂控制，這是全球環(huán)境最惡劣的地方之一；在澳大利亞無線設(shè)備曾用來監(jiān)測卸船用海上瀝青輸送管道上的加熱裝置；在西弗吉尼亞，無線設(shè)備抵御了軋鋼機的高溫和潮濕。無論面對怎樣的挑戰(zhàn)，無線裝置的可靠性始終高于90%。

    對于采礦和礦石加工工業(yè)，無線是否具有足夠的靈活性？開放性是WirelessHART標準最大的好處。無論是供應(yīng)商還是最終用戶都可以對無線產(chǎn)品及其應(yīng)用進行有益的創(chuàng)新和開發(fā)。

無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

    目前無線現(xiàn)場設(shè)備主要應(yīng)用于以下2個方面：

• 必須新增加的測量點
• 希望增加的測量點

    為了滿足環(huán)境和安全法規(guī)，有時必須增加新的測點，例如根據(jù)法律要求測量遠程區(qū)域的流量、儲罐液位以及排污質(zhì)量。法規(guī)的制定者不會考慮因此帶來的挑戰(zhàn)，他們只關(guān)心是否符合法規(guī)。

    位于阿拉巴馬的一家煉油廠需要監(jiān)測排放到河道的冷卻水溫度，這時只需一臺羅斯蒙特?zé)o線變送器就能監(jiān)測回流水溫，以確保排放符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)，并連續(xù)地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚c集散控制系統(tǒng)相連的無線網(wǎng)關(guān)上。

    希望增加的測點是指以前需要花費高昂成本才能實現(xiàn)的測量，通常情況，在建設(shè)過程工廠時，往往有一些設(shè)計好的測量點因成本原因，最終就不連了，但之后，操作人員還是會覺得有很多參數(shù)需要連續(xù)測量，以提高工廠性能。由于無線設(shè)備的安裝不需高昂的成本，從這些測量點獲取信息也隨即成為可能。

    以前，技術(shù)人員需要定時前往現(xiàn)場記錄遠程設(shè)備的測量讀數(shù)，這樣做很費時。例如在一家礦石加工廠內(nèi)，需要對加熱溶出液的熱交換爐進行連續(xù)監(jiān)測防止內(nèi)部結(jié)圬，然而過去獲得數(shù)據(jù)的速度不夠快，而且現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄儀無法對異常狀況進行提示，也不能提供趨勢信息。安裝無線壓力變送器后，可對4臺溶出液加熱裝置之間的壓差進行連續(xù)監(jiān)測，同時將數(shù)據(jù)傳至艾默生智能無線網(wǎng)關(guān)，使用至今運行良好，除了暴雨及極端惡劣天氣外，網(wǎng)絡(luò)的可靠性達到了100%。

    另一個典型案例是對旋轉(zhuǎn)設(shè)備進行連續(xù)振動監(jiān)測，過去唯一獲取數(shù)據(jù)進行分析的途徑是定時去現(xiàn)場記錄，新的無線振動監(jiān)測設(shè)備可實現(xiàn)對遠程電機和泵的進一步掌控，這將有望成為無線在采礦行業(yè)的主要應(yīng)用。

    無線閥位監(jiān)測器在礦石加工中也起到了積極的作用，在很多工廠中，閥門都是手動操作或半自動的，基本無法進行監(jiān)控，受成本和地理位置等限制，更談不上提供診斷信息了，由于錯誤的閥位會引發(fā)安全事故，因此設(shè)備診斷非常重要。

    給控制閥增加無線通訊功能的另一個原因是希望獲得閥門的狀態(tài)信息。對于在運行過程中的控制閥，由于無法看到控制閥的內(nèi)部情況，所以不能判斷它是否運行良好。例如，閥門的行程偏差是無法通過外部觀察進行判斷的，除非是借助智能閥門控制器或?qū)㈤y門拆下，當(dāng)偏差超過5%而且持續(xù)5秒以上才可以斷定有故障了。

    對于處在偏遠或難以到達地區(qū)的閥門來說，無線無疑是最佳的也是最經(jīng)濟的一種提高響應(yīng)速度和過程效率的通訊方法。與有線方案相比，無線方案可節(jié)省90%的安裝費用，這使得無線的應(yīng)用到了越來越多的關(guān)注。