工業(yè)現(xiàn)場中，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，通過圖像識別技術(shù)可以得到這類儀表的讀數(shù)進行本地顯示，然后讀數(shù)信息通過流程行業(yè)無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。無線讀表器作為一種儀表表盤圖像無線識別裝置，可以將這類傳統(tǒng)儀表的參數(shù)以無線方式集成到監(jiān)控自動化系統(tǒng)中，確保員工安全和提高工作效率，進一步提高生產(chǎn)過程自動化水平。 

概述 

工業(yè)現(xiàn)場中，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)場就地讀數(shù)，與控制室無任何聯(lián)系，根本談不上與控制系統(tǒng)通信的問題。像就地顯示的壓力表、溫度計、真空表等等（見圖1）。 

但隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，對過程檢測參數(shù)集中監(jiān)測的要求越來越迫切，對這一類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傳信號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，這個過程可能要在管道、設(shè)備上進行切割、焊接，敷設(shè)導線或中斷生產(chǎn)過程。另一種辦法是采用儀表表盤圖像無線識別裝置，直接在原有就地顯示儀表的儀表表盤上安裝圖像無線識別裝置，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、破壞壓力密封且無需進行泄漏檢查，還可以在不影響原有儀表的顯示和無需停產(chǎn)的條件下快速完成原有就地顯示儀表的改造升級工作。無線讀表器與有線變送器方案投資比較見表1。 

2008年11月，美國霍尼韋爾（Honeywell）公司與賽普拉斯環(huán)境系統(tǒng)（Cypress Envirosystems）共同開發(fā)了無線讀表器產(chǎn)品，它是符合ISA100.11a無線通信國際標準的霍尼韋爾OneWireless無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場設(shè)備中的一類無線設(shè)備。 

中國科學院沈陽自動化研究所也對儀表表盤圖像無線識別裝置進行了研究，提出了一種符合由中國提出并制定的WIA-PA無線通信國際標準的工業(yè)儀表識讀裝置的設(shè)計方案。 

儀表表盤圖像無線識別裝置的工作原理 

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

工業(yè)儀表識讀裝置主要由圖像采集模塊、處理器模塊、無線模塊及實現(xiàn)輸入輸出、電源和存儲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、自動聚焦、光學縮放以及機械快門支持的微控制器，圖像傳感器獲取儀表表盤圖像。圖像處理及識別軟件負責對獲取的儀表表盤圖像進行感興趣區(qū)域的分割、增強、二值化處理及識別儀表數(shù)值。對于指針型工業(yè)儀表主要通過判斷圖像中指針的角度來得到儀表讀數(shù)。 

通過圖像識別得到儀表讀數(shù)。將就地顯示儀表的儀表讀數(shù)轉(zhuǎn)換成可以進行無線通信的數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)以大屏幕的方式在無線讀表器面板上LCD大液晶屏本地顯示，儀表讀數(shù)還可通過無線模塊以無線傳輸?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，監(jiān)測頻率很低。無線讀表器可提供自動的、更頻繁的監(jiān)測但由于它是一個電池供電的裝置，為了保證電池一定的壽命，刷新率不能過快，所以作為刷新率指標，無線讀表器提供1min~18h的刷新率。當刷新率確定為15min時，電池壽命為2年。 

為了使讀數(shù)正確，需要在組態(tài)時送入以下參數(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。 

無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 

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

圖3是多臺無線讀表器與多功能節(jié)點構(gòu)成的OneWireless無線系統(tǒng)，圖中多臺無線讀表器從就地顯示儀表采集信息，然后通過IEEE802.11b/g Wi-Fi無線通信網(wǎng)絡(luò)以多路徑方式傳送信息到多功能節(jié)點，多功能節(jié)點之間也通過Wi-Fi無線通信網(wǎng)絡(luò)連接，圖中標號2、3的多功能節(jié)點起接入點的作用，標號4的多功能節(jié)點起網(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1000臺無線讀表器可以與單一的應用網(wǎng)關(guān)進行通信，由無線讀表器應用網(wǎng)關(guān)（見圖4）采集無線讀表器的信息，然后以O(shè)PC協(xié)議與控制系統(tǒng)相連。 

無線讀表器的顯示器和運行模式 

無線讀表器面板上LCD大液晶屏顯示內(nèi)容見圖5。 

當新的讀數(shù)顯示時顯示采樣“SAMPLE”圖標；當檢測到錯誤條件時，顯示錯誤（ERROR）圖標；當無線連接已經(jīng)建立時，顯示天線（Antenna）圖標：電池電量圖標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。 

無線讀表器工作有以下幾種模式： 

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

快速采樣模式：在這個模式下無線讀表器除了采樣時間僅為5s外其余與正常采樣模式相同。這種模式將持續(xù)5min，然后自動返回正常樣本模式。這種模式是用來監(jiān)視一個短期的活動，可能會導致更快的規(guī)范動作，或用于診斷。 

中速采樣模式：在這個模式無線讀表器除了采樣時間是30s外與正常采樣模式相同。這種模式將保持8h，然后自動返回正常樣本模式。這種模式是用來監(jiān)視一個中期的活動，可能會導致較快的規(guī)范動作，或用于診斷。 

數(shù)據(jù)顯示模式：可顯示以下內(nèi)容：RSSI（無線讀表器通過從接入點接收到的無線信號強度指示）、MAC地址（查看無線讀表器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址）、IP地址（無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（顯示無線讀表器傳感器內(nèi)部當前的溫度）、無線讀表器固件版本號、無線讀表器的系列編號、無線讀表器硬件版本。 

無線讀表器的應用 

無線讀表器是針對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場不具有數(shù)據(jù)通信能力的現(xiàn)場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指針圖像，通過圖像識別得到儀表讀數(shù)并進行本地顯示和無線傳輸?shù)墓�業(yè)儀表識讀裝置。它可以將需人工到現(xiàn)場讀數(shù)的工作轉(zhuǎn)換為無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動采集，從而使操作員可分析關(guān)鍵設(shè)備健康狀態(tài)及過程信息，以幫助其做出正確決定來改善工廠運營，還使操作員節(jié)省去現(xiàn)場讀取儀表數(shù)據(jù)的時間，將精力關(guān)注更加重要的任務，如準確分析運營狀態(tài)及趨勢，節(jié)省能源消耗等。 

美國某核電站在存在核輻射危險的就地現(xiàn)場有數(shù)以百計的顯示儀表，巡檢人員每天要到現(xiàn)場巡查4次，增加無線讀表器后，可對現(xiàn)場不作任何改動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Tri-State Generation andTransmission公司使用了無線讀表器后介紹：無線網(wǎng)絡(luò)能夠在3h內(nèi)建立并投入應用。剛使用了兩周，我們就檢測到一個潛在的重大問題并及時采取了改正措施，這個問題在我們之前的日常手動巡檢中從未發(fā)現(xiàn)過。 

小結(jié) 

在流程工業(yè)，有數(shù)以百計的就地顯示儀表監(jiān)控與生產(chǎn)過程和設(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于保證工廠的正常運行、生產(chǎn)效率是非常重要的。以往這一類信息并未通過實時方式進行系統(tǒng)監(jiān)控，因而無法檢測到某些異常情況，從而導致不安全的因數(shù)及計劃外停車。儀表表盤圖像無線識別裝置可以將這一類參數(shù)以無線方式集成到監(jiān)控自動化系統(tǒng)，確保員工安全和提高工作效率，進一步提高生產(chǎn)過程自動化水平。