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案例頻道 作者：霍尼韋爾過程控制市場部 王寶寧
摘要：本文集中介紹霍尼韋爾公司的工業無線DMZ設計和無線儀表系統的應用經過與過程控制系統Experion DCS的內嵌式集成，帶給用戶更大的價值。實現了一個無線主干網絡架構，覆蓋整個裝置區域，同時支持多種無線應用，包括無線變送器（采集溫度、壓力、差壓、液位、模擬量、開關量、閥位、腐蝕、振動、HART信號等）、移動操作站、無線巡檢、可燃氣體監測和即時定位，以及現場Modbus TCP/IP設備的無線轉接等。
關鍵詞：OneWireless； Experion DCS；無線；DMZ；多種無線應用；無線儀表
霍尼韋爾的OneWireless工業無線控制網絡可以通過無縫的方式把DCS過程控制網絡延伸到現場，實現一個統一的無線架構，同時支持多種無線應用。即可以構建慢速的、通訊時間滯后不嚴格的、單純的無線儀表網絡；也可以構建強大的無線主干網絡，如無線主干網絡的帶寬可達54Mbps或300Mbps，支持快速的過程數據采集，如1s，小于250ms的通訊時間滯后，大規模的應用，如數以千計的無線儀表，支持多種應用，遠距離的無線覆蓋等。
其特點包括支持以下應用：
無線變送器（電池供電）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，進而改善工廠系統控制性能，并且以更低的成本來滿足各種規定的要求。
無線可燃氣體監測和人員定位，確保工作人員的安全。
無線移動操作站，支持無線移動作業，現場工作人員可以通過無線架構無線遠程訪問DCS過程數據及工廠的其它相關信息。
無線巡檢，支持工廠運行最佳操作，實現巡檢的電子化、智能化，實現工廠可靠、高效運行。
無線振動監測，提供設備的狀態數據，支持預防性維護。無線腐蝕監測，實時監測管道和儲罐的腐蝕程度，避免泄露發生。
無線視頻監控可以確保工廠安全，更為經濟。
支持遠程就地控制系統和中央控制系統的無線互連。
歐洲某用戶在新建項目中，采用了先進的系統設計理念，最終選擇了霍尼韋爾公司一體化的過程控制系統Experion DCS和OneWireless工業無線架構，此外還包括Safety Manager、UniSimSimulator/ PHD/ Uniformance Process Studio/ Profit Suite APC/ MES/Operations Management suite、CCTV等?；裟犴f爾 OneWireless 架構能夠覆蓋整個廠區，包括無線變送器、移動操作和無線巡檢、Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g)設備、自組織的無線主干網絡。
為了給用戶帶了最大的價值，實現最佳工程操作實踐，霍尼韋爾在DCS控制系統中創建“Wireless DMZ”區域，連接到DCS控制系統的L3層的路由器上。Wireless DMZ的安全設置同Level3.5層的其它DMZ區域。
Wireless DMZ區域從控制室擴展到現場就地控制室FAR和現場，連接到現場的Multinode或WDM上，可以借助于主控制室和各就地控制室的光纖通訊網絡。Wireless DMZ區域支持就地的移動操作設備、無線巡檢設備和其它Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g) 設備訪問DCS系統；支持分布在各個就地控制室現場的多功能節點Multinode相互無線通訊和同WDM的數據通訊。
現場移動操作終端、無線巡檢手持設備、可燃氣體探測設備等，通過無線主干網絡和控制室的L3層路由器訪問過程控制系統的上位應用，如移動工作站系統的上位服務器、無線巡檢的服務器、可燃氣體監測和即時定位的上位服務器等，實現一個無線架構支持多種無線應用；而對于無線變送器采集的溫度、壓力、開關量、模擬量、閥位、HART數據、腐蝕、液位等過程數據通過WDM及防火墻進入控制系統L2層交換機，直接集成到DCS控制網絡的L2層，支持實時監視和控制。
無線網絡系統不僅僅包括了無線過程儀表，而且包括了與DCS系統內嵌式集成的管理平臺，為了實現無線系統的更大價值，還為用戶提供了多種無線應用。
多功能節點Multinode
多功能節點有3根天線，支持下面3個無線應用：
（1）無線主干網絡 (IEEE 802.11a/b/g)，實現多功能節點相互無線通訊，構建自組織、自愈合的無線主干網絡，這樣的冗余無線通訊，可以擴展無線主干網絡，以覆蓋整個煉廠。
（2）Wi-Fi移動終端設備(IEEE 802.11 b/g – 2.4 GHz)：支持如移動操作、無線巡檢、移動電腦等。
（3）無線變送器 (ISA100.11a – 2.4 GHz)：支持無線變送器采集過程數據，并集成到DCS系統中，如C300控制器、Experion服務器、FDM資產設備管理平臺等。
沒有有線連接到Wireless DMZ的多功能節點，可直接安裝到現場，與其它有線接入Wireless DMZ區域的多功能節點相互無線通訊，構建無線主干網絡。多功能節點必須加入到無線主干網絡中，要么通過相互無線通訊，要么通過有線連接。而且有線接入能夠更好地改善數據集成的速度和通訊帶寬。
無線管理平臺WDM
無線管理平臺WDM是集成無線管理軟件工具的服務器，內嵌防火墻，隔離Wireless DMZ區域和DCS L2層控制網絡，避免有線控制網絡對無線網絡的影響，同時也可以避免無線網絡中的Wi-Fi移動操作終端設備訪問L2層控制網絡。Wi-Fi移動操作終端設備通過L3層路由器進入控制網絡架構。WDM支持無線網絡的過程數據直接集成到DCS控制系統的控制器（C300）中，通過CDA內嵌式通訊或標準通訊協議，如Modbus TCP、ModbusRTU、OPC A&E和HART等。
無線變送器 XYR 6000系列
霍尼韋爾最新一代的無線變送器，由電池供電：
壓力：AP/GP/DP ；
模擬量輸入 (可以直接接入電壓/電流信號) ；開關量輸入 (可直接接入3點開關信號) ；腐蝕 ；溫度；其它還有：手動閥閥位反饋、振動、雷達液位、HART轉接模塊。
XYR6000無線變送器符合ISA100.11a工業無線標準，支持不同儀表廠家無線儀表的互操作。
現場移動操作 Mobile Station
移動操作終端設備可以在現場通過無線主干網絡和WirelessDMZ區域訪問DCS控制系統，操作人員可以在現場巡查并同時訪問DCS過程畫面。移動操作對于提供運行維護工作的效率，以及在裝置開機前的回路調試和靜態/動態連調都非常有用。
無線巡檢 Field Advisor
無線巡檢包括一整套軟硬件設備，支持通過無線架構，指導最佳巡檢流程（RFID標簽或條形碼標簽）、無紙化采集現場就地指示表數據、現場操作指導和故障診斷、同控制系統和優化軟件平臺的實時數據集成、巡檢數據分析和報表生成。
電源需要
無線架構延伸了DCS控制網絡，并成為其中的一個組成部分。這些無線主干網絡設備，如Multinode、WDM、WirelessDMZ switch都需要UPS系統供電。
該系統的設計原則與整個系統的最終架構和帶給用戶的價值緊密相關，無論是無線過程儀表的選擇，還是與DCS系統集成的方式，以及無線主干網絡和多種應用的選擇都是該項目的優勢和特點。
無線儀表的選擇
選擇用于監測、開環控制的I/O點采用無線儀表來采集；而對于關鍵控制回路的I/O數據、安全停車系統的I/O數據仍然采用硬接線的方式。
數據采集速度
XYR-6000 無線變送器支持的數據采集速度可以組態為1，5，10，或30秒。數據采集速度越快，電池壽命越短，如1秒刷新時常溫下電池壽命4.5年，常溫下5秒刷新時為10年。一般工程溫度條件下，1秒刷新時可以確保3～4年的使用壽命。該項目用于監測的I/O點所采用的無線變送器設定5秒的刷新速度。
同DCS的數據集成
這個項目的系統是基于最新版本的OneWireless™ (R210) 和Experion™ PKS (R400)。
Experion C300控制器通過各就地控制室的WDM獲取現場無線儀表的過程數據。C300和WDM的通訊協議為Modbus TCP，在C300中把WDM組態為Modbus slave即可；或組態成C300 和WDM的CDA內嵌式通訊，比Modbus master/slave應用環境更簡潔、高效。 Experion PKS 控制模塊可以集成無線儀表的過程數據和報警信息，以及實現歷史數據存儲。
無線主干網絡
多功能節點Multinode可以通過有線或無線方式相互構建主干網絡。
Wi-Fi無線覆蓋
多功能節點同時支持Wi-Fi覆蓋，實現一個無線主干網絡，同時支持無線變送器和Wi-Fi無線設備，這得益于多功能節點的多功能設計。選擇如下區域，開啟多功能節點的Wi-Fi功能，支持現場移動操作和無線巡檢。
區域劃分
每個就地控制室所控制區域的無線儀表都被該區域的多功能節點相互無線通訊所覆蓋。多功能節點盡可能有線接入WirelessDMZ網絡。每個就地控制室配置足夠數量的WDM，來管理該區域的無線變送器。
總體布置以及各區域測點的數量
在總圖上，標注各區域的無線測點的數量，根據測點的集中程度，決定配置多功能節點Multinode和WDM的數量。原則是1臺多功能節點可以帶18臺無線變送器（1秒刷新時）或60臺（5秒刷新時）。
總結
霍尼韋爾工業無線技術已經給工業用戶帶來了很多種有價值的應用，成為用戶有線控制系統的有益補充和擴展。伴隨著霍尼韋爾在過程控制領域的發展，工業無線技術與DCS系統的內嵌式集成為用戶提供了更大的系統優勢和綜合價值。工業無線技術作為DCS控制系統的一部分，不僅僅將無線儀表系統以無縫的方式集成到上位系統中，而且提供了多種無線應用，為工廠的優化運行，最佳操作實踐和人員安全等領域帶來了更大的價值。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號