在過去兩年里，油氣行業(yè)的創(chuàng)新者們已經(jīng)體驗(yàn)并證實(shí)了無線監(jiān)測儀表在遠(yuǎn)程或難以到達(dá)區(qū)域中的應(yīng)用價(jià)值，在這些應(yīng)用中如果采用有線設(shè)備，那么所需的高昂建設(shè)成本將是無法承受的。無論從運(yùn)行性能還是成本考慮，無線方案都具有很大優(yōu)勢，而且安全可靠，可以廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)采用有線方案的上游作業(yè)中。
傳統(tǒng)的接線依然會用于連續(xù)控制，如海上平臺和煉油廠， 以及安全系統(tǒng)。但無線技術(shù)已普遍應(yīng)用于現(xiàn)有工廠裝置中，而且在新建項(xiàng)目中也已開始使用。
先進(jìn)的無線技術(shù)與有線技術(shù)相比，投入成本低，占地面積少，是平臺應(yīng)用的理想選擇。與傳統(tǒng)4~20mA有線模擬量儀表相比，安裝無線每個(gè)節(jié)點(diǎn)可節(jié)省30%的費(fèi)用，無線技術(shù)在北美地區(qū)已成為主流應(yīng)用。
任何熟悉工業(yè)自動化的人都知道，從本世紀(jì)90年代中期開始，人們就在尋找一種可以替代4~20mA模擬標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，后來ISA開發(fā)了Foundation 現(xiàn)場總線等技術(shù)，已為各工業(yè)行業(yè)廣泛應(yīng)用。
最新的研究表明如果所需敷設(shè)電纜不超過250m，連接點(diǎn)數(shù)小于500點(diǎn)，那么無線儀表的安裝成本比Foundation現(xiàn)場總線方案還要低。如果高于這個(gè)指標(biāo)，現(xiàn)場總線方案會比無線方案更省錢。這就說明海上應(yīng)用可以綜合利用這些技術(shù)，在安全系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)的4~20mA；控制采用現(xiàn)場總線；監(jiān)測和低頻率控制應(yīng)用則使用無線技術(shù)。無線的優(yōu)勢還包括：簡化工程和實(shí)施工作，啟動更快更靈活，即使后期改變設(shè)計(jì)也沒問題，因?yàn)樗陌惭b非常簡單。
安全也是需要考慮的因素，過程和運(yùn)行信息可根據(jù)需要進(jìn)行無線傳遞，工作人員無需在高壓高溫的地方人工讀取數(shù)據(jù)。
艾默生智能無線方案采用自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，彌補(bǔ)了老式的，需要目視路徑的系統(tǒng)所存在的缺陷。比如，無線儀表可以任意分布在陸上油田，而采用傳統(tǒng)的有線儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集則難以實(shí)施，而且缺乏靈活性。自組織網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連續(xù)監(jiān)測壓力、溫度、流量和振動測量設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，并自動尋找信號到達(dá)網(wǎng)關(guān)的最佳通信路徑，如果臨時(shí)出現(xiàn)某個(gè)障礙物擋住了通信路徑，鄰近的無線儀表可作為路由器繼續(xù)傳遞信號。通過這種方法保持信號的連通，可使數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃_(dá)到99%以上。
這項(xiàng)技術(shù)是WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)的根本，該標(biāo)準(zhǔn)獲得了200多個(gè)代表儀表廠商和用戶的HART通信基金會成員的認(rèn)可。目前已有相當(dāng)數(shù)量的現(xiàn)場儀表、閥門和設(shè)備定位監(jiān)測器、振動數(shù)據(jù)變送器和智能無線網(wǎng)關(guān)可以滿足這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，并已應(yīng)用于石油工業(yè)。
圖1 研究證明單純的無線技術(shù)或無線與模擬有線技術(shù)結(jié)合都可在不增加風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本的節(jié)�。ㄔ搱D所有權(quán)歸艾默生過程管理所有）
成功項(xiàng)目
英國BP Wytch油田很早就開始應(yīng)用智能無線網(wǎng)絡(luò)，這是歐洲最大的海上作業(yè)油田之一。為了提高工作人員的效率，免除每天人工巡檢讀取井口儀表讀數(shù)的工作，BP公司安裝了40臺羅斯蒙特?zé)o線壓力變送器，每個(gè)井口2臺。智能無線網(wǎng)關(guān)單獨(dú)安裝在過程區(qū)域以外，將無線變送器的信號傳遞到控制系統(tǒng)。新添加任何一臺無線儀表只需30min即可運(yùn)行，無線儀表可對油井進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)壓力的異常情況。
BP公司經(jīng)理Chris Geen說：“Wytch油田是BP公司用以證明自組織無線網(wǎng)絡(luò)是否適用的一個(gè)重要試點(diǎn)項(xiàng)目。隨著這個(gè)項(xiàng)目的成功應(yīng)用，BP還準(zhǔn)備將智能無線方案應(yīng)用于相類似的海上平臺中�！�
StatoilHydro公司在其Grane石油平臺上也采用了智能無線網(wǎng)絡(luò)，用以對地處北海岸偏遠(yuǎn)地區(qū)的井口和熱交換機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。有些障礙物會阻擋目視通信路徑，但對于自組織無線網(wǎng)絡(luò)來說這完全不是問題。
在這個(gè)案例中，井口安裝了22臺無線壓力變送器，用以測量環(huán)空壓力，另外12臺表監(jiān)測進(jìn)口壓力和熱交換機(jī)的壓降。每臺變送器通過無線網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳遞到控制室操作站。
在無線儀表的使用過程中，信號強(qiáng)度和一致性表現(xiàn)出色，數(shù)據(jù)可靠性和穩(wěn)定性達(dá)到100%，大大減少了人工讀取儀表數(shù)據(jù)的工作量。同時(shí)也減少了工作人員暴露在危險(xiǎn)場所的機(jī)會，石油平臺儀表主管Geir Leon Vadheim說：“我們對智能無線網(wǎng)絡(luò)的性能相當(dāng)滿意，經(jīng)過一個(gè)簡短的培訓(xùn)，我們的儀表工程師就能夠根據(jù)需要輕松地在任何地方安裝新的無線設(shè)備。”
委內(nèi)瑞拉國家石油公司投資幾百萬美元改造Morichal工廠的自動化裝置，其中包括安裝無線網(wǎng)絡(luò)，對180口油井進(jìn)行監(jiān)測。該無線自組織網(wǎng)絡(luò)采用了600多臺無線變送器。無線方案不但節(jié)省成本，而且可提供可靠的壓力和溫度測量數(shù)據(jù)，如果采用有線方案會有接地問題，而安裝在井口的電子驅(qū)動設(shè)備會產(chǎn)生諧波影響有線儀表的精度。
有關(guān)無線方案在新建項(xiàng)目中的研究
近期的一些研究表明無論是在小型或大型新建項(xiàng)目中，當(dāng)智能無線技術(shù)占到整個(gè)項(xiàng)目I/O的25%~45%時(shí)，優(yōu)勢最顯著。此外無線技術(shù)可提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)的靈活性，同時(shí)由于它的實(shí)施和安裝都很簡單，因此還能縮短工期。研究結(jié)果顯示，新建項(xiàng)目的最佳實(shí)施方案是采取有線HART、現(xiàn)場總線和無線通信相結(jié)合的方式。
無線方案用于新建海上人工作業(yè)平臺
根據(jù)艾默生針對一個(gè)4000I/O的海上平臺所做的一項(xiàng)調(diào)查證明，無線技術(shù)可廣泛應(yīng)用于過程應(yīng)用，并不僅僅局限于那些無法采用有線方案或?qū)嵤┯芯�方案代價(jià)過高的地方。
在項(xiàng)目安裝成本方面比較有線HART、現(xiàn)場總線和無線設(shè)備的各種組合方案，我們發(fā)現(xiàn)相對于其他通信技術(shù)無線方案的成本效率最高。在上述石油平臺的研究中，大約17%的信號是通過無線設(shè)備進(jìn)行有效傳遞的，在過程控制系統(tǒng)中安裝無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)省了7%（100萬美元）的安裝費(fèi)用，此外，還減少了800個(gè)有線接點(diǎn)，因此減輕了35t的重量，并由于減少了線纜、線槽、接線盒和機(jī)柜，使占用甲板的空間減少了129m3。
根據(jù)常規(guī)有線方案的接線長度來進(jìn)行成本的推算，我們發(fā)現(xiàn)無論怎樣的距離，無線儀表都能節(jié)省費(fèi)用，而且距離越長，節(jié)省越多。研究小組據(jù)此制作出一個(gè)成本計(jì)算器，用以測算采用無線方案實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目費(fèi)用節(jié)省。
無線技術(shù)用于新建過程工廠
一家獨(dú)立的咨詢公司對化工廠進(jìn)行了調(diào)研，得出結(jié)論表明，凡是新建項(xiàng)目，無論規(guī)模大小，采用智能無線技術(shù)都能顯著節(jié)省安裝成本，如果無線所占項(xiàng)目點(diǎn)數(shù)的比重為45%，那么其在工程、基建和開車上的花費(fèi)要比有線方案節(jié)省35%以上。
JDI Contracts公司的總工程師及《化工行業(yè)資金成本研究》一書的作者Roger Hoyum 說：“我們所推薦的最佳實(shí)踐必定圍繞著能夠滿足客戶目標(biāo)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目預(yù)期成果的流程和技術(shù)，這包括應(yīng)用范圍、工期、預(yù)算和一些隱形因素，如維護(hù)和使用的方便性。有了無線技術(shù)，我們能夠讓工廠更加完美�！�
艾默生過程管理 PS10-07
