Мир Wireless,
Использование беспроводных приборов и средств коммуникации в процессе химической промышленности (CPL) прошел долгий путь за относительно короткое время.
Беспроводной очень отличается сегодня, чем это было всего пять-семь лет назад. Затем, "беспроводной был бутик технологии, пригодной только для очень отдаленных, редкие сообщения, например, для SCADA (диспетчерское управление и сбор данных) удаленных станций. В настоящее время мы используем для магистральных беспроводных приборов управления процессами", говорит Дик Каро, генеральный директор СМС Associates, консалтинговой компании, специализирующейся в системах автоматизации, а также сопредседатель комитета исследования сходимости два преобладающих стандартов беспроводной связи: соперники WirelessHART и ISAL 00,1 Ia (см. вставку. стр. 8).
Для того чтобы лучше понять состояние сегодняшнего искусства, давайте сначала шаг назад, чтобы время, прежде чем беспроводной существовало.
Первые дни
В середине 1990-х годов, Национальной академии наук начал пропаганду для повсеместного использования беспроводных технологий в качестве средства для экономии энергии. Позже было подсчитано, что широкое внедрение беспроводных датчиков ИПЦ может снизить потребление энергии на 10%, говорит Уэйн Manges в национальной лаборатории Oak Ridge (ORNL), который был обвинен Министерством энергетики США в осуществлении этой рекомендации.
На протяжении многих лет промышленность опирается на nonstandardized, иногда companyspecific радио и протоколов, говорит Стивен Ламбрайт, вице-президент по маркетингу и обслуживанию клиентов в Apprion. которая обеспечивает беспроводное сетевое приложение системы и услуги обрабатывающей промышленности. "Как правило, там будет собственная система 900-МГц с полностью собственные радио-и собственный протокол".
Он указывает, что системное время ofthat на самом деле не система - наоборот, он был более точечно topoint связи, используемых в случаях, когда по тем или иным причинам, как правило, из-за затрат, датчик не может быть соединен вверх. "Это были очень разнородными системами с разных пользователей, которые не общались, и что часто встречаются неожиданные вопросы вмешательства", говорит он.
Одним из таких примеров является передал Бад дунганского. Президент Gastronics. Инк, производитель беспроводного оборудования для обнаружения газа. "Мы начали с помощью беспроводных технологий в 1996 году для замены существующих проводных chlorinegas системы мониторинга на химическом заводе в Луизиане. Оригинальной проводки были бежать в подземных трубопроводов и терпели неудачи из-за коррозии. Компанией было принято решение изучить с помощью беспроводных технологий, чтобы избежать высокие затраты на замену дальние рейсы из канала от хлора мониторов к диспетчерской.
"В то время, большинство растений с использованием радио телеметрии выбрал лицензии multiwatt УКВ и УВЧ частот. Тем не менее, nonlicensed frequencyhopping технологии, также известный как технология с расширенным спектром, начинает становиться все более и более заметны на рынке в качестве альтернативы лицензии радио. За некоторыми исключениями, расширения спектра использования более высоких частот, например, 900 МГц и 2,4 ГГц, в то время как УКВ и УВЧ частот в диапазоне от 460 Гц и M 1 50 МГц. соответственно. Преимущества лицензии УКВ и УВЧ частот, что они менее чувствительны к погоде, расстояния и получать в районе структур. Noncensed радио, который обычно работает на меньшую мощность и более высокие частоты, как правило, требуют прямого конфигурации прямой сайт "дунганского говорит.
Он поясняет, что независимо от того, какой тип радио используется технология, телеметрических систем обычно включают один или несколько базовых трансиверов расположен в центральной станции управления и несколько ведомых телеметрии стратегически расположенных в этой области (рис. 1). Ведомых телеметрии или RTU,. может иметь один или несколько аналоговых и дискретных входов и выходов. Это позволяет местным преобразователей быть жестко ограничен RTU, чтобы RTU может передавать и получать данные без проводов с центральной станции управления. Датчики, таких как проводных 4-20 мА мониторы газ может быть подключен в RTU и RTU передает данные показания к базе трансивера.
"В различных химического мы предоставили достаточно большие системы мониторинга хлор, который состоял приблизительно из 20 удаленных RTU, и в общей сложности 60 датчиков хлора настроен вместе стратегически оптимизировать охват и минимизации затрат. Несмотря на наличие значительной экономии средств по сравнению с эквивалентными проводных системы, все еще многое сделать для улучшения ", дунганского говорит.
"Во-первых, стоимость этой системы можно было бы сократить наполовину, если стратегия RTU был заменен 60 автономных полностью интегральных беспроводных мониторов газа. Это могло бы устранить 20 RTU, и примерно $ 80,000 затрат на установку, в котором участвовали перетащить кабелей под землей между датчики и RTU,. Во-вторых, потому что RTU, и датчики были связаны электрически, таких конфигураций будет испытывать ударов молнии чаще, часто принимая целые разделы RTU. " продолжает он.
В результате, к 1999 году ликвидировать Gastronics центральной RTU и заменил его продукт, который имел радиопередатчик напрямую интегрируется с датчиком себя.
Как только проблема гроз было решено, инженеров, стал смотреть на другие проблемы с беспроводной технологией. "Раньше, вы бы прямо до некоторых радио-и решить вашу проблему. Но слишком плохо для следующего парня. Проактивная инженерных и проектирование системы должны поддерживать максимальное количество беспроводных приложений" Ламбрайт позывы.
Перемотка вперед до сегодняшнего дня
Общий стаж с беспроводной магистральной контролировать процесс еще весьма ограничены, и Каро чувств общеотраслевую нежелание использовать беспроводные технологии для истинных приложений контроля таким образом, чтобы максимизировать экономию средств. "Practrcatfy все текущие опыт в измерении ранее неизмеримое пунктов, где низкая стоимость соединения с беспроводной преимущество". говорит он. Например, расположение некоторых растений или складских помещений может быть настолько огромным, что неравномерное или проводное соединение является нецелесообразным, если не невозможно.
Ранее. Manges оказался объяснить как беспроводные технологии работ. Теперь, говорит он. "1 не слышал, что больше. Вместо этого я спросил:" Как вы будете делать это безопасно? Как вы будете делать контроля? Как вы будете справляться с множеством вопросов сосуществования с нескольких беспроводных стандартов? Как вы будете делать аккумуляторы долго достаточно? "
Honeywell Автоматика и Control Solutions занимается продажей беспроводных приборов области с 2003 года. По словам директора компании по глобальной беспроводной бизнеса. Jeff Беккер. "Основной интерес 6:55 лет назад, является ли технология работала на всех. Совсем недавно люди занимались ли это безопасно и надежно. Сейчас. Они ставят под сомнение, с чего начать". Он добавляет, что "сегодня у нас клиентов, которые ищут в беспроводной для контроля приложений, охватывающих тысячи устройств на planlwide масштабе".
Беспроводной становится все более повсеместным, и вкладывается в объекты вокруг нас, говорит Роберт Assimili, исполнительный инженер сотрудников Nivis, которая занимается разработкой и развертывание беспроводных сетей сбора данных. Для этого он кредиты снижения чипсета размеров и цен.
беспроводной отрасли сегодня отличается от недавнего прошлого в том, что "в настоящее время общая recogmlion оперативных руководителей как на заводе, и на корпоративном уровне, что частотный спектр является то, что он управляется - не то, чтобы быть использованы или использованы без последствий ". говорит Ламбрайт Apprion в. Беспроводной должны активно управляемых и понял чтобы быть эффективным, он посоветует.
Управление с помощью беспроводного стандартизации
Один из способов управлять датчиками с точки зрения технологии это выбрать один ofthe имеющихся стандартов (см. врезку на стр. S). "Даже если вы просто посмотрите на 1 Область применения - беспроводные приборы и датчики - у нас уже есть несколько промышленных стандартов (ISAIOO. я Ia и WirelessHART), другие стандарты, которые ищут сторонников обратиться к промышленному рынку (6LoPAN (маломощных 802 . 1 1) и ZigBee) и новых технологий, таких как ультра-широкополосных (UWB), "говорит Ламбрайт. Все они имеют различные характеристики, которые будут определять, которые будут наилучшим образом подходит для определенных приложений в определенных условиях, продолжает он.
усилия нескольких стандартизации настоящее время сосредоточены на маломощные беспроводные в попытке обеспечить совместимость и взаимозаменяемость между поставщиками, говорит Assimiti. Один из распространенных улучшение он приводит является "значительно сократилось потребление тока, со сном режиме токи в странах с низким? Диапазон - что позволяет длительное батареи до 10 лет". Этот тип маломощные беспроводные технологии используются в приложениях, начиная от газа и учета воды к батарее инструмент для приложений управления производственными процессами, и все чаще и чаще, занятых в промышленном контроля и мониторинга, говорит он.
Gastronics ждал принять более недавнюю ISAlOO, а не WirelessHART. "Мы не слышим о WirelessHART от наших клиентов. Мы будем иметь WirelessHART позже", говорит дунганского. Он считает, что "очень важно признать, что стандарты имеют свои приложения. За то, как резервуарный парк в середине Западного Техаса, пакетной радиопередачи (GPRS) является совершенным."
Assimiti согласен, называя ISA 100,11 "первым по-настоящему открытый промышленный стандарт беспроводной связи", добавив: "Мы в настоящее время инструменты theprocessofcertifyinglSAlOO.Ila области, которые будут использоваться в промышленных мониторинга, обработки и управления".
Технические ограничения
Большинство в ИВК-прежнему считают, что беспроводное управление больше подходит для ограниченных испытаний, а не что-то опираться для критически важных приложений. Как Каро указывает на то, это потому, что вероятность отсутствия данных гораздо больше, чем с проводными документов области. Вместе с тем он считает, что эти испытания, чтобы быть хорошим опытом, заявив, что "я не верю, что все, что следует избегать использования беспроводной, но давайте завоевать доверие на основе опыта первых".
Apprion Лэрри Аллхендс, руководитель области техники, расширяет, говоря: "Для системы управления, гарантированное время отклика для контроля петли имеют важное значение. До недавнего времени, беспроводные не считается достаточно надежным, чтобы выполнить это требование. Но сегодня, нескольких беспроводных стандартов и систем оказались достаточно прочными и надежными, чтобы сделать это реально достижимым в ближайшие пять-семь лет ".
Хотя некоторые беспроводные системы подходят для контроля, с использованием беспроводных в настоящее время не рекомендуется для высокоскоростных критического контроля. Forthat типа приложений, совершенствование технологии батареи и радио производительности необходимо провести, а также дополнительные данные должны быть собраны, чтобы лучше охарактеризовать долгосрочной надежности системы, говорит Беккер компании Honeywell.
Конечно, одной из трудностей беспроводных устройств источнику питания, говорит Джим Кобб. старший менеджер по маркетингу в Розмаунт Dv компании Emerson Process Management. "Поскольку многие из беспроводных устройств с батарейным питанием, ограничения яму частота обновления данных от аккумулятора. Альтернативные источники энергии будет большой фактор, как беспроводные технологии взлета. Как мощности источника альтернатив улучшить, не будет большим прогресс в том, как устройства могут воспользоваться этой возможностью, обеспечивая более изысканно-сбора и обработки данных ". говорит он.
Беккер соглашается, что аккумулятор технология может быть основным ограничением. "Сейчас, устройства может длиться до IO лет на батарейках" Но было бы идеально, если срок службы батареи может быть продлен до 20-30-летнему диапазону. "
Его рекомендации для пользователей: "Так как различные продукты на рынке, далеки работы аккумуляторной батареи, не забудьте спросить, как долго будет длиться устройство в данный частота обновления - скажем, раз в 5 секунд - и спросить, если аккумулятор жизни такой же, в рамках всей системы или, если она изменяется в зависимости от места расположения передатчика ".
Вопросы управления
Ограничения являются не только технологические, а некоторые уходят корнями в управлении. "Технология и управленческих проблем идут рука об руку. Большинство сегодняшних проблем можно избежать, являются результатом развертывания технологии впереди вдумчивый беспроводной стратегии", AIIhands Apprion говорится.
Ярким примером этого является пытается заставить один технологии вписываются в любой ситуации - такие, как развертывание 1 802,1 делать то, что он не подходит для, как и беспроводных сенсорных сетей. Другой крайностью является использование различных беспроводных технологий для каждой проблемы без рассмотрения, как эти технологии будут сосуществовать AIIhands добавляет.
"Почти все ограничения сводятся к одному слову: коммуникации. Растение лучше, если кросс-функциональных команд собрались вместе, убедившись, что каждый получает свое имя беспроводной потребностей", говорит он.
По сравнению с пяти до семи лет назад, промышленности в настоящее время главным образом признает, что когда речь заходит о беспроводных нет один-размер-подходит для всех решения, говорит Ламбрайт. "Вы не можете рассмотреть все возможности использования беспроводных с одной или двух стандартов. Есть всегда компромисс между различными беспроводными технологиями - скорость передачи данных, потребляемая мощность, ассортимент, стоимость и т. д. Применяя право беспроводную технологию работы в руке критическая ". Именно поэтому Есть много различных "стандартов" для беспроводных - вечный целью является найти самые лучшие технологии для каждого потенциального применения, позволяя совместимость конечных устройств, говорит он.
Другой вопрос нетехнических эмоции, говорит Manges ORNL в. "Технические вопросы могут быть решены, но самое трудное это пройти эмоций". Он рассказывает, находясь в заседании несколько лет назад обсуждали, как защитить критическую инфраструктуру от кибер-атак. Когда речь заходит о смещается к решению беспроводных технологий, кто-то взрыв, умоляя, что не было случая, для беспроводной и что он даже не должен обсуждаться. Такая реакция не является единичным случаем.
"Люди становятся эмоционально занимается, так что надо придумать методологий для повышения надежности", говорит он. К концу тайский, Manges участвует в Международное общество по автоматизации (МСА) Trustworthy беспроводной Рабочая группа, которая занимается разработкой показателей для беспроводной надежности устройства позволит преодолеть эмоциональные реакции людей имеют концепции беспроводной связи. "Доверие эмоции; надежности является атрибутом" системы, добавил он.
Как может что-то подобное сделать? По Manges: "Подумайте о метрики для reliabiiity. Вы измерить среднее время наработки на отказ? Или вы оцениваете доступность? Если вы выберете первый, вы муз определить провал. Например, посмотрите на устройство открывания гаражной двери. День 1 : Нажмите на кнопку, дверь поднимается. День 2: Нажмите на кнопку, дверь поднимается. День 3: То же самое, и так далее. Мне кажется это успех, но что, если нож посылает 10 различных кодов на 10 различных частотах? Это 1% или 100% успеха "?
Продолжение роста
Учитывая недавний рост присутствия беспроводной индустрии в ИПЦ, есть основания ожидать дальнейшего изменения, как в операционной wiilingness руководство завода принять технологии и возможности самой технологии.
Каро определяет три драйверов для распространения беспроводных технологий:
* Снижение затрат за счет ликвидации проводов
* Новых приложений, которые могут извлечь пользу из удобство и низкая стоимость беспроводных
* Мобильных приложений, которые ранее не возможные с проводными документов.
С этим в виду. Каро видит постепенное движение к беспроводным управления технологическими процессами в устойчивом темпе, с сегодняшнего дня меньше, чем I% охват более 50% новых и модернизации проектов автоматизации.
Manges представляет надежности аргументом для дальнейшего роста беспроводных в виде слабосвязанных множества датчиков: "Дик Морли, отец программируемым логическим контроллером, отметил, что повышение качества измерения надежности одного датчика увеличивается линейно. Улучшение Измерение качества разнообразных инструментов причин надежности подняться экспоненциально с показателем, равным количество датчиков. "
Assimili, из Nivis. считает, что в будущем прогресс будет зависеть от "экспоненциально растущий спрос в приложениях SmartGrid (например электрические, газа и воды, распределение автоматизации и т.д.), а также в медицинских, промышленных и коммерческих приложений."
Ламбрайт Apprion, касается следующее замечание о росте в принятии беспроводной технологии: "Спроси практически любого руководителя предприятия или инженер-технолог:" Сколько еще беспроводных устройств вы хотите разместить? Какие другие точки данных вы пропавших без вести "? Ответ, несомненно, будет походить на что-то вроде:? 100 или около того. Может быть, 200. Затем спросите: "Что делать, если они стоят по $ 100? Мгновенно ответ изменений: "Тогда я бы развернуть 1 0000 из них. Может быть, больше."
Ясно, что водитель здесь costperformance.
Manges считает, что если поставщиками услуг беспроводной связи, чтобы успешно воспользоваться lhis водитель, бизнес-модели должна быть изменена. Он рассказывает о разговоре с аналогичным производителей и дистрибьюторов: "" Как многие продавцы хотят продать 10 раз больше датчиков в следующем году, как вы делали в этом году? У всех руки вверх в воздухе. "Сколько хотите продать этот объем на 1-десятых текущая цена? У всех руки вернуться вниз.
Для того, чтобы бизнес-модели к изменениям, требований конечных пользователей на производителей должна быть скорректирована, говорит он.
"Рассматривать уникальный подход к сбору данных на 1 атомной электростанции. Инструментом поставщиком установлен набор беспроводных датчиков, но не продал ни одной датчика. Вместо этого, продавец продал завод данных, собранных датчиками," Manges говорит.
Процентные ставки по поставщиком участие в таком случае был бы слишком высоки, чтобы быть возможным для принятия типичный химический завод. Но. Он указывает, "важно, чтобы признать это, как успешная альтернатива бизнес-модель.''
Беспроводные технологии будут развиваться и меняться в лучшую сторону, предусматривает Ламбрайт. Он предупреждает, что современные технологии не всегда является самым лучшим вариантом. "Например, 802.11n является последних доступных 802,11 стандартных (в соответствии с б и г). Но то, что он является новым. Это не значит, что это правильный выбор для любого применения. Это просто еще один вариант для рассмотрения".
Кроме того, беспроводные не только для приборов. Существует значительный рост в не-инструментальные я от приложений, таких как видео и мобильность, говорит Беккер компании Honeywell.
Одним из важных аспектов любой новой технологии является то, что она должна быть очень проста в развертывании и использовании. Кобб говорит Эмерсон. Стандартный WirelessHART была разработана для того, чтобы эти продукты могут быть использованы те же самые люди, которые отвечают за проектирование и техническое обслуживание промышленных приборов сегодня.
Лик-н-Stick
Инновации в гибкости позволит "инженер принять чтении на одном месте, а потом двигаться датчик в другое место, чтобы узнать что-то другое. Мы называем это Мик и пряника", говорит Ламбрайт.
С этим типом датчика, Gastronics 'дунганского замечает: "Вы не должны провод к власти на местном уровне. Некоторые устройства имеют внутренние литиевые батареи, которые могут обеспечить питание в течение пяти-семи лет. Мы используем эти аккумуляторы для газовых детекторов токсичных веществ , но не для горючего, которые требуют больше энергии, и их необходимо питание на месте, либо с помощью солнечного или традиционных проводов. датчика дизайн должен учитывать потребление энергии, как часто батареи должны быть проверены, будь то необходимо контролировать постоянно, и т.д. ".
"Мы только начали царапать поверхность беспроводной технологии," говорит Ламбрайт. "Мы не можем полностью представить себе все возможные приложения в этой точке. Люди начали использовать технологии, то они приходят новые приложения, которые они хотели бы видеть".
Один из способов Io в полной мере реализовать возможности ИГЕ Lickn-Stick является концентрация внимания на датчики, которые не требуют много энергии. "Водород может быть измерена с электрохимическим датчиком, который не требует внешнего питания. Электрохимических датчиков газа меры объема мишени газа за счет сокращения целевых газа на электрод и измерения результирующего тока, что позволяет ему выступать в качестве аккумулятора и сама власть. Эти датчики должны работать все время, потому что ты реагирование, а не проявлял инициативу ", говорит дунганского.
Проблемы
Сегодня CPL растений просят, чтобы собрать больше данных по нескольким причинам, отмечает Cobb. Иногда это является повышение эффективности работы, а иногда и выполнять! нормативным требованиям. Экономически эффективные беспроводные решения будет играть большую роль в удовлетворении этих потребностей, предсказывает он.
Есть еще системы на рынке, которые одноразовых сетей. "Как использование беспроводных технологий растет и в будущем, пользователи могут защитить свои инвестиции, выбрав систем обновления программного обеспечения устройства, поддержка ISAIOO и WiFi стандартов и архитектуры, которая может масштабироваться для поддержки нынешних и будущих потребностей", говорит Беккер.
Пользователи беспроводных сетей следует ожидать достижения в области применения конкретных областях, как неудовлетворенные потребности определены. "Мы хотим полной взаимозаменяемостью технологий - от ISAlOO к GPRS на спутник на низкой околоземной орбите на UHF / VHP наземных лицензии радио. Это вопрос проявлять гибкость", говорит дунганского.
Там не будет один-размер-подходит для всех решения предстоящие в ближайшее время, и, возможно, не должно быть, говорит он. "Мы развернутых систем телеметрии в отрасли замороженных продуктов питания, установки беспроводных датчиков в морозильных камерах. Все эти UHF. Данное заявление не может использовать все, что маломощные. Он также не может требовать от прямой видимости, потому что сигнал должен получить через бетонный пол, под решетки и т.д. "
При этом, он добавляет: "Там на самом деле никаких ограничений на сферу промышленности, которые могут использовать беспроводные технологии. Это в настоящее время находятся на службе у муниципалитетов, морских / береговых растений, а также нефтяной и газовой промышленности, а также жилых утилиты для газа и воды ".
Тем не менее, расширение использования беспроводных технологий может оказаться проблематичным. "Устойчивость к сопротивлению вмешательство имеет жизненно важное значение в обеспечении надежной связи как спектр становится более насыщенным". говорит Nivis'Assimiti. Он хотел бы видеть поставщиками услуг беспроводной связи чипсета начала вложения более spectrummanagement механизмов на аппаратном уровне, а не полагаться на разработчиков и производителей для выполнения всех необходимых исследований и разработок.
"Конкуренция между производителями и распространения стандартов продолжать управлять беспроводной улучшения продукта". говорит Беккер. "Инвестиции в беспроводные технологии и аккумулятора от потребительских и коммерческих рынков разлива к промышленном рынке, тем самым улучшая технологии в распоряжении завода-изготовителя в быстром темпе".
Конкуренции между стандартами, однако, именно WirelessHART и ISAlO (U Ia, замедляет принятие беспроводной говорит Каро. Он считает, что это должен быть решен в ближайшее время. "ISA 1 00. 1 2 подкомитета (которого я являюсь сотрудничества председателя) взимается с разрешением этой проблемы, но поставщики выступают оба протокола в настоящее время не помогает работе. Каждая сторона должна быть готова дать немного выполнить конвергенции ".
