现场无线仪表或执行器设备的优点是不但消除了信号线，而且消除了电源线。从而可以减少与这些线缆相关的安装时间和费用、以及后续的维护成本。很多公司基于各种考虑采用了ISA100无线通信标准，其主要原因是该标准在过程制造环境具有可靠通信的能力。ISA100.11a (IEC 62734)是设备供应商和系统的供应商与过程自动化用户共同研发的，力求满足现场的所有需求。图1为典型的ISA100.11a现场无线网络的拓扑结构。
图1. 典型的ISA100.11a现场无线网络的拓扑结构，可支持现场仪表和执行机构之间的通信。
现场无线设备为降低运营成本、改善性能和设施管理提供了许多可能性。在很多既存工厂中，大多数现场设备已经安装在有线网络中，而有线网络无法传送智能HART设备所有信息。现场无线网络不仅可以连接无线设备，而且还可以连接这些既存的有线设备，通过扩展它们的通信能力，实现在线诊断和其他扩展功能。.
无线适配器的用户案例
除非既存有线网络出现严重问题，否则用户不会淘汰或更换工厂中正在工作的有线设备。但是，若是增加新设备，工厂可能决定不再扩展既存有线网络。然而，新的现场仪表或执行器有些自带无线通信功能，有些只有传统的有线版本。后一类需要配置无线适配器，通过无线网络进行通信。
无线适配器可以在两种模式下工作。首先，它可以给传统的有线设备配备完整的无线通信功能，来自有线设备的所有数据都可以通过无线网络发送，无需铺设任何数据电缆。
其次，它可以扩展既存有线设备的通信能力。除了测量的过程变量（即基本模拟信号），很多有线网络无法传送其他任何信息。将智能设备安装在这样的网络上，无法发送生成的附加信息，只能滞留在表头。配置无线适配器后，可以通过无线网络发送这些附加信息，同时还继续保留有线网络传输过程变量。
无线适配器与传统有线设备连接使用时，有多种供电选项。无线适配器内置电池，可以独立运行。如果有线设备需要电源，所连的无线适配器的内置电池可以为它供电，无需电缆。
无线适配器的功能
现场无线多协议模块是横河提供的其中一款无线适配器，旨在与有线HART设备连接使用，提供一系列基本通信和操作功能：
- 将HART数据转换为ISA100.11a协议的数据，并将其传输至现场无线网络。
- 发送HART命令，进行配置或故障排除。
- 内置电池供电，并进行数据传输。
- 为需要外接电源的有线设备供电。
图2为无线多协议模块与有线HART设备连接使用的示例。该适配器内置ISA100所必需的通信功能，只需连接有线设备即可。
图2. 现场无线多协议模块与有线HART设备的连接。它们各自独立安装，因此现场无线多协议模块的安装位置，可以选择在有线HART设备附近的无线通信良好的位置。而有线HART设备则可以根据测量位置选择地点进行安装。
无线适配器的典型应用
现场无线多协议模块在流程工厂中的应用有很多种方式，以下是常见的几种应用类别：
实现既存有线设备的功能，还可以节省布线成本、解决安装和将来的维护问题。
很多工厂都安装了大量的有线HART设备，以监视和控制各种过程变量（图3）。其中大多数是使用有线网络进行连接的。无需任何改造，现场无线多协议模块即可将这些有线HART设备转换为ISA100.11a无线设备。 如果工厂或工艺单元需要改造翻新，一般工厂会选择维修或维护既存的有线网络，或者干脆取消其中的一部分。如果在防爆区域，每米的电缆安装成本是100美元，用无线来替换100米电缆的话，则可节省10,000美元的现场施工费用。在大型工厂升级改造中，传感器移除或老化电缆必须更换的情况下，无线适配器容许使用既有的有线HART设备，而无需重新安装或维护电缆。
图3. 任何HART设备都可以与现场无线多协议模块配合使用。
将无线通信扩展到传统有线设备。
已使用现场无线设备和网络的用户可能会受到目前可用的无线设备的选择限制。随着选择范围的不断扩大，某些类型的设备（尤其是那些具有高功耗的设备）仅可选用传统的有线设备。在这种情况下，现场无线多协议模块可以将任何供应商提供的任何有线HART设备或执行器转换为无线设备。
从智能设备收集和共享数据
当有线HART设备的过程变量通过现场无线网络发送到工厂的自动化系统时，设备的状态信息和诊断信息等对于维护部门来说是非常有价值。维护部门需要收集和管理此类数据，并在分析维护计划、维护记录和维修部件使用情况等时使用。如果现有的有线网络无法提取和收集这些信息，并在部门之间共享，则无法享用这些好处。升级现有的有线网络是一项非常复杂且昂贵的工程，这时可以通过无线适配器来发送这些信息。增加一台现场无线多协议模块，维护部门就可以从4-20 mA线路捕获HART命令和诊断信息，而对安装的更改却很少。该适配器可以对应两线和四线的设备。对于四线设备，可以将外部电源连接到该设备，从而轻松支持高功耗的设备。
将有线HART设备部署在没有数据线和电源线的偏远地区。
现场无线多协议模块的内置电池可以给连接的有线设备供电，这可以轻松解决在没有有线网络和没有电源的偏远地区部署有线HART设备的问题。在应用环境障碍物较少的有利条件下，无线适配器可以部署在以无线接入点为中心距离为500m的范围内，使用中继器则可以覆盖1 km～2 km的距离。 例如，将有线HART设备与现场无线多协议模块结合使用，可以测量河流或水库的水位（图4）。无线适配器（含电池）的重量不到1千克，因此可以轻松移动无线适配器和与其相连的有线HART设备，还可以灵活更改测量位置。
通过增加中继来扩展无线网络的覆盖范围
无线设备之间的距离非常长、或有大型金属障碍物影响无线通信时，现场无线多协议模块也可以用作中继，为其他无线设备提供通信中继（图4）。当然也可以选用其他的ISA100.11a无线设备作为中继，但在很多情况下，因为无线适配器轻巧紧凑，可能更容易将无线适配器用作专用中继。还可以用它来事先布局无线网络，便于今后增加其他的无线设备。
图4. 通过增加中继设备可增强网状网络的薄弱环节，从而扩展无线网络的地理覆盖范围。作为专用中继设备，无线适配器可以布局在对无线网络覆盖较为有利的位置，不连接有线设备。
结论
现场无线多协议模块旨在将传统的有线HART设备或阀门执行器转换为无线设备。为既存工厂的现场无线网络添加新设备提供了便利，减少了布线安装和维护的成本。 还扩展了可用于无线网络的传感器类型，并大大简化了设备安装。 许多工厂运营商发现无线适配器是一种有用的设备，能够帮助即存工厂享受无线传感的好处。
