艾默生智能無線儀表在恩平24-2平臺的應用

文劍峰（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518067）

1 無線儀表廠家及產品

目前，無線儀表標準主要有兩個:一個是Emerson主導的WirelessHart，生產儀表廠家有E+H、ABB和SIEMENS；另一個是Honeywell主導的ISA100，生產儀表廠家有YOKOGAWA和GE。WirelessHart一般傳輸距離是200米，ISA100傳輸距離是600米。具體的無線儀表廠家及產品如下:

1.1 Emerson:WirelessHart壓力變送器、溫度變送器、無線網關

1.2 Honeywell:ISA100.壓力變送器、溫度變送器、無線網關

1.3 Yokogawa:ISA100.壓力變送器、溫度變送器、無線網關

2 無線智能儀表在中海油成功應用案例:

2.1 潿洲11-4N平臺現場安裝9臺3051無線壓力變送器，3臺648無線溫度變送器，1臺1420無線網關，并組成無線網絡。網關通過ModbusRS-485與上位機通信。（EmersonWireless Hart無線產品）

2.2 潿洲6-9&6-10WHPA平臺現場安裝有20臺無線壓力變送器，10臺無線溫度變送器。（EmersonWirelessHart無線產品）

2.3 旅大27-2/32-2PSP平臺采用10臺Rosemount3051S無線壓力變送器和一臺艾默生無線網關1420。

2.4 友誼號單點改造采用艾默生無線網關1420，Rosemount 648溫度變送器和Rosemount702開關量變送器。

2 無線智能儀表在海上采油平臺應用的優勢

2.1 降低安裝工作量和安裝成本，節省安裝調試時間。無需布線、無需安裝橋架、大幅度減少現場儀表與中控室的接線、查線、聯校及安裝調試時間。

2.2 改擴建容易，方便預留井槽的開發。在開發預留井槽時，直接安裝新增的無線儀表，即可加入現有無線架構。改擴建時，儀表設計方便，不必考慮電纜、橋架、接線箱、端子柜I/O卡件、施工查線聯校簡單。

2.2.1 后期維護方便，只需要維護無線儀表和節點即可，無需考慮儀表電纜的維護。

2.2.2 無線技術擴展了現有控制系統的結構。

2.2.3 為無人值守平臺提供更豐富的過程數據和診斷信息。

3 海上平臺采用無線儀表進行監測的過程數據

4 艾默生智能無線技術

艾默生智能無線架構分為兩層:第一層是現場無線設備組成的自組織網絡（selforganizingnetwork），這些設備以自我組織、智能化的方式與網關（gateway）進行無線通訊；第二層是網關和主機系統的無縫集成。主機系統可以是DCS，PLC，HMI或類似于設備管理和維護的工作站等。該無線架構實現了主機系統和現場儀表間的信息傳輸和交互。1420無線網關適合戶外安裝，防護等級符合NEMA4X/IP65規定，低銅鋁合金外殼，聚氨酯噴漆。工作環境:-40oC-60oC，100%濕度無凝露。防爆等級，Zone2/Division2；非易燃認證Class1,Division2,Groups A,B,C和D；防塵爆ClassI/II/III,Division1,GroupsE,F和G。網關由24V0.5A直流供電，電源來自DCS供貨商FAR機柜間配電。

現場無線設備通過網關與主機系統DCS通訊。主以太網Ethernet10baseT標準通訊接口，供與主機系統的通訊和現場維護之用。同主機系統的通訊協議是OPC和ModbusTCP/IP，數據包括32位浮點。網關傳輸所有的HART數據（PV、SV、TV、QV）及其它設備智能信息。以太網通訊時網關內置安全保護:TCP/IPSSLenabled，HTTPsecure。可選副以太網Ethernet 10baseT標準通訊接口以拓展系統與上位或第三方系統的連接。網關配備了串行通訊口:RS485，ModbusRTU，2線制，支持多點連接，波特率可設置從9600至57600bps，距離不大于1,500m。

艾默生提供的3051S無線壓力/差壓變送器是基于微處理器的智能設備，是成熟的有線3051S系列產品家族的升級產品，同樣具備完全而豐富的自診斷功能。變送器支持Wire?lessHART協議，具備標準的HART設備描述文件（EDDL），使用常規的HART手操器、設備管理PC軟件等工具組態。現場設備有LCD顯示界面，可組態顯示以下信息:過程變量PV、設備位號、電池電壓、網絡標識和網絡狀態等。現場設備通過Wire?lessHart數字通訊協議向無線網關傳輸實時過程數據和豐富的診斷信息。3051S無線變送器防護等級符合NEMA4X/IP66，低銅鋁合金外殼，聚氨酯噴漆。工作環境:-40oC-85oC，100%濕度無凝露。具備本安，非易燃性和防塵爆認證。本安認證為ClassI/II/III,Division1,GroupsA,B,C,D,E,F,G。 ZoneMark?ingClassI,Zone0,AExiallC。溫度代碼T4（Tamb=-50-70°C）；非易燃性ClassI,Division2,GroupsA,B,C,D；防塵爆Class II/III,Division1,GroupsE,F,G；環境溫度為-50至85°C。現場設備參考精度為滿量程的±0.055%或讀數的±0.04%，包括線性、重復性和遲滯性。總體可能性誤差為可調測量范圍的±0.15%，包括25oC的環境溫度變化影響，0至100%的無凝結濕度的影響以及50bar靜壓變化的影響。測量范圍為最大200:1，現場可調。

艾默生無線儀表在恩平24-2平臺的鏈接網絡圖如下:

5 艾默生無線儀表技術在恩平24-2平臺應用的幾點體會

5.1 艾默生現場無線設備組成的通訊網絡，采用全網格拓撲結構（meshtopology），集成工業級的安全措施，通過高度可靠的冗余路徑進行通訊。

5.2 現場無線設備包括測量井口區每口油井的溫度、壓力等過程參數的無線儀表、以及無線網關等。這些設備配備無線發射裝置，設備和微波發射部件無縫式地集成于一體，無線儀表通過工業級本安認證的鋰電池供電，可以應用與I類防爆區（如井口）。

5.3 艾默生現場設備的無線技術完全符合當前流程行業中無線通訊國際標準:WirelessHART（IEC62591），物理層采用2.4GHz的世界公用頻段（ISM，2,400至 2,482.4MHz），直接序列擴頻技術（DSSS）和跳頻技術（FHSS），無需重新組態或人工介入，設備可以自動跳頻；無線通訊的鏈路層（LinkLayer）符合IEEE802.15.4工業無線通訊標準；

5.4 艾默生無線通訊網絡的架構保證了可靠通訊和簡易使用。現場智能無線設備支持HART協議，如HART命令和設備描述語言（EDDL），并具備通過有線連接標準的HART組態工具以設置網絡標示（NetworkID）和加入密碼（JoinKey）的安全功能，比如HART手操器或配備HART調制器的管理軟件；基于標準的HART協議，現場儀表的過程參數包括了PT、TT實時數據；此外還包括:可組態的過程測量參數的工程單位、設備生產廠家信息、更新速度、傳輸速度、節點延時、電池電壓、設備健康等信息；通過標準的設備管理軟件可以實現與現場標準的HART有線儀表一體化設備管理。

5.5 無線儀表的使用更加經濟、更加便捷，可以用來采集到更多的過程數據，進而改善平臺中控系統的控制性能，并且以更低的成本來滿足現場改造的需求。

5.6 安裝極其方便。壓力變送器有螺紋連接口，1/2-14 NPT，陰螺紋。連接材料和焊接部件是316不銹鋼材質。測量部件是隔膜型，有機硅填充，可處理最高120oC溫度的正壓工況。壓力變送器配有2個316不銹鋼閥組（關斷閥和疏水閥），一體化安裝，并且經過工廠泄漏測試。

5.7 從投產至今，穩定運行近1年，測量數據值準確，響應時間，性能參數指標均滿足平臺工藝處理要求。

[1]王建輝,顧樹生主編.《自動控制原理》,清華大學出版社.