现国内外主要的温度测量设备为热电阻或者热电偶进行有线远程测量，通过三线制或者二线制进行数据传输到DCS的RTD卡或者通过温度变送器进行现场温度数据检测。而对于旋转设备温度的测量基本有两种方式：①利用双金属温度计就地测量；②旋转运动的设备，用4-20mA一体化变送器配套滑环(或者电气旋转接头)连接信号线接入DCS或PLC系统集中显示。
1、解决煅烧炉的温度监测问题
三友集团纯碱公司重灰工序煅烧炉在生产中长期旋转工作，炉体返碱温度测量布线困难，无法将返碱温度实时传送至DCS控制系统，而现场安装的双金属温度计只能在停炉时观测返碱温度。为了生产管理的快捷、减少生产参数的计算带来不便，如何对旋转炉温度进行准确、实时的测量，成为亟需解决的问题。
近年来由于产品制造工艺的发展和无线网络技术的进步，因此针对旋转设备的温度监控的无线网络设备逐渐进入市场，通过无线设备进行无线网络的构建，就可以完成对旋转设备的温度监测以及数据实时传输，从而解决了此类设备的温度测量问题。
如果能够构建WirelessHART流程无线系统，来实现对煅烧炉返碱温度测量数据的信号传输，实时传输至DCS操作画面以及生产管理网，不仅对工艺数据采集更加及时准确，还能够节省材料、人工等费用，为生产工艺节省生产空间，减少土地空间使用率，也代表着纯碱工业由自动化向智能化的迈出了一大步。
纯碱公司1～2#重灰煅烧炉返碱温度目前的测温元件为双金属温度计，改型为热电阻，并采用有无线传输功能的温度变送器以及无线网关，构建成WirelessHART流程无线系统，将测量数据利用无线传输技术发送至网关，无线网关实时接收数据信号，通过Modbus协议将接收到的信号传输至DCS系统，在DCS操作换面上显示重灰炉返碱温度测量值，并将其并入生产管理网络。
2、WirelessHART流程无线系统的组建
2.1 工作原理
无线传输代替有线传输，实现对煅烧炉返碱温度的实时、准确、有效的监测。利用无线传输技术构建测温流程无线系统，实现现场测温元件与生产网络的连接，并实时、稳定的进行数据传输，且无线连接技术需要具有完善的网络防护功能，能够阻止未授权的访问。
采用无线网关以及具有WirelessHART功能的温度变送器，构建成一个WirelessHART网状网络，其中温度变送器作为与适配器相连的具有HART功能的设备，对1～2#重灰煅烧炉8个返碱温度点进行现场测量，同时通过701BPKKF锂电池进行供电，温度变送器将测量到的电阻信号转换成4-20mA的电流信号，通讯方式上使用无线传输，通过变送器内部的A/D转换，将标准的4-20mA电流信号转换成数字信号，通过无线模块将数字信号发送出。
无线网关由3部分组成，与各变送器连接的无线接入点；配置网络、调度设备之间的通信及检测网络状态的网络管理器，还控制网状网络的连接和管理各变送器的信息安全；与WirelessHART网络与DCS系统连接的网关接口。无线网关与现场8台WirelessHART变送器设备进行WLAN连接，并将HART数据转换成Modbus TCP格式，将信号传输到DCS的Modbus通讯模块，集成到管理系统。网关的编程和诊断可以通过嵌入式Wed服务器进行。WirelessHART数据采用128位AES标准加密，WLAN数据采用WEP和WPA进行加密。
2.2 智能无线网关以及Rosemount 648无线温度变送器应用
采用1420型智能无线网关以及Rosemount 648无线温度变送器，在现场安装中，应先安装网关并与电脑进行通信连接，网关IP 地址设置为 192.168.1.10。每煅烧炉需要安装4台Rosemount 648变送器，对同一切面不同位置进行返碱温度测量，需要将测量点1、2、3、4对应不同IP地址，再将不同变送器IP设置为192.168.1.1～254的网段中，从距网关最近的无线设备开始对无线设备通电，可使网络安装快速启动，当8台变送器全部启动后，每台无线设备之间构成网桥，以达到通信连接正常。
图1 Rosemount 648温度变送器传输示意图
2.3 WirelessHART网络的构建
在构建WirelessHART网络时，每个现场设备在有效范围内应该最少有3个相邻设备，因为旋转设备随时都会发生位置变化，万一对无线传输路径形成障碍，可以确保至少有2台能够连接，已达到网状网络传输路径通畅，确保路径的冗余性和多样性。变送器天线应竖直布置，可以竖直向上或竖直向下，并且距任何大型结构、建筑或导电表面约1m远，以便与其它变送器构成的网桥连接顺畅通讯。在发生故障时，变送器具备进行自诊断与自修复的功能，并且提供电源的电池具备较长的持续供电能力，电池更换方便快捷。
3、系统优势
①无线采集终端，减少铺设管线的麻烦，使用更为方便、安全；
②减少巡检人员现场采集数据时间，提高工作效率；
③数据存储，并实现数据追踪，对设备前后状态进行数据对比分析；
④多功能报警策略，绝对值报警、相对值报警、设备级报警、部件级报警；
⑤集中对比监测分析模式；
⑥大数据趋势分析，可根据设备参数趋势进行状态预判；
⑦图形输出，软件图谱支持图形输出功能，可在Word、Excel、Powerpoint等文档使用。
4、实现结果
纯碱1～2#重灰煅烧炉安装使用Rosemount 648无线变送器进行返碱温度测量后，可将测量数据实时传输至DCS操作画面中，并且并入生产网中，对煅烧炉返碱温度的实时、准确的数据监测。既减少了现场操作人员的劳动强度，又节省了生产空间，减少电缆、桥架、穿线管等材料的使用。在提高生产测量的精准度，为工艺指标控制提供依据的同时，节约人工费、维修费及材料费约1.15万元/年。
5、总结
这一项目的顺利实施，取决于现在科技的飞速发展的结果。WirelessHART技术将补充而不是取代有线仪表，工业生产中两者将平行存在、平行工作，无线网状网络技术提供了将现场仪表连接至自动控制系统的方法，使用开放的WirelessHART协议，可以极大地提升仪表性能，大幅度提高工业生产力和效率，在以后的项目研究上，WirelessHART技术会得到越来越广泛的应用，我们要勇于探索，敢于创新，通过新科技、新手段让加速智能化、智慧化工业的到来。
作者： 赵坚(唐山三友化工股份有限公司纯碱分公司)
