工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，有大量的傳統(tǒng)儀表不具有數(shù)據(jù)通信能力，僅有就地顯示功能，通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)可以得到這類(lèi)儀表的讀數(shù)進(jìn)行本地顯示，然后讀數(shù)信息通過(guò)流程行業(yè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。無(wú)線讀表器作為一種儀表表盤(pán)圖像無(wú)線識(shí)別裝置，可以將這類(lèi)傳統(tǒng)儀表的參數(shù)以無(wú)線方式集成到監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)中，確保員工安全和提高工作效率，進(jìn)一步提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平。 

概述 

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，有大量傳統(tǒng)儀表僅有就地顯示功能，需操作人員去儀表安裝現(xiàn)場(chǎng)就地讀數(shù)，與控制室無(wú)任何聯(lián)系，根本談不上與控制系統(tǒng)通信的問(wèn)題。像就地顯示的壓力表、溫度計(jì)、真空表等等（見(jiàn)圖1）。 

但隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，對(duì)過(guò)程檢測(cè)參數(shù)集中監(jiān)測(cè)的要求越來(lái)越迫切，對(duì)這一類(lèi)就地顯示儀表的改造也列上議事日程了。一種辦法是采用可以遠(yuǎn)傳信號(hào)的變送器取代就地顯示儀表，這不僅涉及較多的投資，也需拆除就地顯示儀表、安裝新的變送器，這個(gè)過(guò)程可能要在管道、設(shè)備上進(jìn)行切割、焊接，敷設(shè)導(dǎo)線或中斷生產(chǎn)過(guò)程。另一種辦法是采用儀表表盤(pán)圖像無(wú)線識(shí)別裝置，直接在原有就地顯示儀表的儀表表盤(pán)上安裝圖像無(wú)線識(shí)別裝置，將原有就地顯示儀表的顯示值轉(zhuǎn)換成數(shù)字讀數(shù)后，再以無(wú)線通信的方式傳送到控制室的控制系統(tǒng)。這樣可以避免拆卸舊的儀表、破壞壓力密封且無(wú)需進(jìn)行泄漏檢查，還可以在不影響原有儀表的顯示和無(wú)需停產(chǎn)的條件下快速完成原有就地顯示儀表的改造升級(jí)工作。無(wú)線讀表器與有線變送器方案投資比較見(jiàn)表1。 

2008年11月，美國(guó)霍尼韋爾（Honeywell）公司與賽普拉斯環(huán)境系統(tǒng)（Cypress Envirosystems）共同開(kāi)發(fā)了無(wú)線讀表器產(chǎn)品，它是符合ISA100.11a無(wú)線通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的霍尼韋爾OneWireless無(wú)線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的一類(lèi)無(wú)線設(shè)備。 

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所也對(duì)儀表表盤(pán)圖像無(wú)線識(shí)別裝置進(jìn)行了研究，提出了一種符合由中國(guó)提出并制定的WIA-PA無(wú)線通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)儀表識(shí)讀裝置的設(shè)計(jì)方案。 

儀表表盤(pán)圖像無(wú)線識(shí)別裝置的工作原理 

圖2所示為美國(guó)霍尼韋爾公司的無(wú)線讀表器在就地壓力表上安裝示意圖，當(dāng)就地壓力、溫度、真空顯示儀表為圓形、表盤(pán)直徑為38mm~152.5mm之間時(shí)，它可以通過(guò)安裝用適配器直接夾在現(xiàn)有的就地顯示儀表的表盤(pán)上，安裝用適配器2需根據(jù)就地壓力表3的尺寸選用，而無(wú)線讀表器1通過(guò)安裝用適配器固定在就地壓力表上。 

工業(yè)儀表識(shí)讀裝置主要由圖像采集模塊、處理器模塊、無(wú)線模塊及實(shí)現(xiàn)輸入輸出、電源和存儲(chǔ)功能的母板模塊等幾部分構(gòu)成。圖像采集模塊中的圖像傳感器包括可提供閃光支持、自動(dòng)聚焦、光學(xué)縮放以及機(jī)械快門(mén)支持的微控制器，圖像傳感器獲取儀表表盤(pán)圖像。圖像處理及識(shí)別軟件負(fù)責(zé)對(duì)獲取的儀表表盤(pán)圖像進(jìn)行感興趣區(qū)域的分割、增強(qiáng)、二值化處理及識(shí)別儀表數(shù)值。對(duì)于指針型工業(yè)儀表主要通過(guò)判斷圖像中指針的角度來(lái)得到儀表讀數(shù)。 

通過(guò)圖像識(shí)別得到儀表讀數(shù)。將就地顯示儀表的儀表讀數(shù)轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行無(wú)線通信的數(shù)據(jù)，同時(shí)數(shù)據(jù)以大屏幕的方式在無(wú)線讀表器面板上LCD大液晶屏本地顯示，儀表讀數(shù)還可通過(guò)無(wú)線模塊以無(wú)線傳輸?shù)姆绞絺魉偷娇刂剖摇?nbsp;

原有的就地顯示儀表為人工監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率很低。無(wú)線讀表器可提供自動(dòng)的、更頻繁的監(jiān)測(cè)但由于它是一個(gè)電池供電的裝置，為了保證電池一定的壽命，刷新率不能過(guò)快，所以作為刷新率指標(biāo)，無(wú)線讀表器提供1min~18h的刷新率。當(dāng)刷新率確定為15min時(shí)，電池壽命為2年。 

為了使讀數(shù)正確，需要在組態(tài)時(shí)送入以下參數(shù)：讀數(shù)表工程單位、讀數(shù)表最小和最大值、讀數(shù)表最小角度和最大角度、最小/最大角度間的行程角、讀數(shù)表傾角。 

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 

OneWireless無(wú)線系統(tǒng)包含了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如底層ISA100.11a無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和IEEE802.11b/g Wi-Fi無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線讀表器與一般的無(wú)線壓力、溫度、分析變送器不一樣，無(wú)線讀表器采用的是IEEE802.11b/g Wi-Fi無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)線壓力、溫度、分析變送器采用的是ISA100.11a無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。IEEE802.11b/g Wi-Fi無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是骨干網(wǎng)絡(luò)，所以能接收到無(wú)線讀表器的Wi-Fi信號(hào)只有OneWireless無(wú)線系統(tǒng)的多功能節(jié)點(diǎn)、Cisco Aironet 1552S Outdoor AP節(jié)點(diǎn)設(shè)備和專(zhuān)用的無(wú)線讀表器應(yīng)用網(wǎng)關(guān)（WirelessGauge Reader Application Gateway）。 

圖3是多臺(tái)無(wú)線讀表器與多功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的OneWireless無(wú)線系統(tǒng)，圖中多臺(tái)無(wú)線讀表器從就地顯示儀表采集信息，然后通過(guò)IEEE802.11b/g Wi-Fi無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以多路徑方式傳送信息到多功能節(jié)點(diǎn)，多功能節(jié)點(diǎn)之間也通過(guò)Wi-Fi無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)連接，圖中標(biāo)號(hào)2、3的多功能節(jié)點(diǎn)起接入點(diǎn)的作用，標(biāo)號(hào)4的多功能節(jié)點(diǎn)起網(wǎng)關(guān)的作用，網(wǎng)關(guān)以Modbus、TCP/IP、OPC等有線方式與控制系統(tǒng)相連。 

多達(dá)1000臺(tái)無(wú)線讀表器可以與單一的應(yīng)用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，由無(wú)線讀表器應(yīng)用網(wǎng)關(guān)（見(jiàn)圖4）采集無(wú)線讀表器的信息，然后以O(shè)PC協(xié)議與控制系統(tǒng)相連。 

無(wú)線讀表器的顯示器和運(yùn)行模式 

無(wú)線讀表器面板上LCD大液晶屏顯示內(nèi)容見(jiàn)圖5。 

當(dāng)新的讀數(shù)顯示時(shí)顯示采樣“SAMPLE”圖標(biāo)；當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤條件時(shí)，顯示錯(cuò)誤（ERROR）圖標(biāo)；當(dāng)無(wú)線連接已經(jīng)建立時(shí)，顯示天線（Antenna）圖標(biāo)：電池電量圖標(biāo)顯示電池剩余壽命的百分比；以字母數(shù)字顯示器顯示讀數(shù)單位或診斷信息。 

無(wú)線讀表器工作有以下幾種模式： 

正常采樣模式：當(dāng)無(wú)線讀表器不工作在任何特殊的操作模式時(shí)，它是在正常采樣模式工作，在這種模式下的無(wú)線讀表器將周期性喚醒，對(duì)顯示表采樣，讀數(shù)，并更新在液晶顯示器上顯示最新的讀數(shù)值。采樣時(shí)間（刷新率）可使用配置工具設(shè)置。 

快速采樣模式：在這個(gè)模式下無(wú)線讀表器除了采樣時(shí)間僅為5s外其余與正常采樣模式相同。這種模式將持續(xù)5min，然后自動(dòng)返回正常樣本模式。這種模式是用來(lái)監(jiān)視一個(gè)短期的活動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致更快的規(guī)范動(dòng)作，或用于診斷。 

中速采樣模式：在這個(gè)模式無(wú)線讀表器除了采樣時(shí)間是30s外與正常采樣模式相同。這種模式將保持8h，然后自動(dòng)返回正常樣本模式。這種模式是用來(lái)監(jiān)視一個(gè)中期的活動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致較快的規(guī)范動(dòng)作，或用于診斷。 

數(shù)據(jù)顯示模式：可顯示以下內(nèi)容：RSSI（無(wú)線讀表器通過(guò)從接入點(diǎn)接收到的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度指示）、MAC地址（查看無(wú)線讀表器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址）、IP地址（無(wú)線讀表器分配的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址）、正常刷新率（查看和編輯正常采樣模式的刷新率）、溫度（顯示無(wú)線讀表器傳感器內(nèi)部當(dāng)前的溫度）、無(wú)線讀表器固件版本號(hào)、無(wú)線讀表器的系列編號(hào)、無(wú)線讀表器硬件版本。 

無(wú)線讀表器的應(yīng)用 

無(wú)線讀表器是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不具有數(shù)據(jù)通信能力的現(xiàn)場(chǎng)顯示儀表提出的解決方案，它采用圖像傳感器獲取儀表表盤(pán)指針圖像，通過(guò)圖像識(shí)別得到儀表讀數(shù)并進(jìn)行本地顯示和無(wú)線傳輸?shù)墓�業(yè)儀表識(shí)讀裝置。它可以將需人工到現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)的工作轉(zhuǎn)換為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，從而使操作員可分析關(guān)鍵設(shè)備健康狀態(tài)及過(guò)程信息，以幫助其做出正確決定來(lái)改善工廠運(yùn)營(yíng)，還使操作員節(jié)省去現(xiàn)場(chǎng)讀取儀表數(shù)據(jù)的時(shí)間，將精力關(guān)注更加重要的任務(wù)，如準(zhǔn)確分析運(yùn)營(yíng)狀態(tài)及趨勢(shì)，節(jié)省能源消耗等。 

美國(guó)某核電站在存在核輻射危險(xiǎn)的就地現(xiàn)場(chǎng)有數(shù)以百計(jì)的顯示儀表，巡檢人員每天要到現(xiàn)場(chǎng)巡查4次，增加無(wú)線讀表器后，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不作任何改動(dòng)就將就地顯示儀表的讀數(shù)連續(xù)傳送到控制室供操作人員監(jiān)控。美國(guó)Tri-State Generation andTransmission公司使用了無(wú)線讀表器后介紹：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能夠在3h內(nèi)建立并投入應(yīng)用。剛使用了兩周，我們就檢測(cè)到一個(gè)潛在的重大問(wèn)題并及時(shí)采取了改正措施，這個(gè)問(wèn)題在我們之前的日常手動(dòng)巡檢中從未發(fā)現(xiàn)過(guò)。 

小結(jié) 

在流程工業(yè)，有數(shù)以百計(jì)的就地顯示儀表監(jiān)控與生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備健康狀態(tài)相關(guān)的各種參數(shù)，這些信息中有很多對(duì)于保證工廠的正常運(yùn)行、生產(chǎn)效率是非常重要的。以往這一類(lèi)信息并未通過(guò)實(shí)時(shí)方式進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，因而無(wú)法檢測(cè)到某些異常情況，從而導(dǎo)致不安全的因數(shù)及計(jì)劃外停車(chē)。儀表表盤(pán)圖像無(wú)線識(shí)別裝置可以將這一類(lèi)參數(shù)以無(wú)線方式集成到監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)，確保員工安全和提高工作效率，進(jìn)一步提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平。