国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

    1　概述

    如果從2003~2004流程行業(yè)無線通信技術開始試驗的時間算起，在過去的十年里，流程行業(yè)無線通信技術已經(jīng)取得長足的進步，流程行業(yè)三大國際無線通信技術標準已經(jīng)制定，在流程行業(yè)無線應用已從試用到全面推廣，如2012年10月30日艾默生過程管理在全球用戶大會上宣布有1萬個（其中在中國有1000個）WirelessHART智能無線網(wǎng)絡運行，已累計運行達10億小時，2014年9月的資料數(shù)據(jù)又更新為16800個無線網(wǎng)絡和28億小時。

    ISA100.11a在支持多種通信協(xié)議、支持整個工廠的多種應用方面有優(yōu)勢，而中國的WIA-PA則在應用行業(yè)的廣泛性、無線現(xiàn)場設備的多樣性和產品良好的性價比等方面取得不錯的成績。

    未來流程行業(yè)無線通信技術的發(fā)展，還會在擴大應用范圍、多種無線通信技術標準的融合、系統(tǒng)架構的創(chuàng)新、引入無線行業(yè)領軍廠家的技術和產品等方面努力，同時我們也認為WIA-PA無線標準的應用前景廣闊。

    2　擴大應用范圍

    到目前為止，流程行業(yè)無線通信技術的應用集中在石化、油氣田、冶金、電力等少數(shù)幾個行業(yè)，應用的規(guī)模雖然能看到數(shù)百個檢測點的案例，但絕大多數(shù)是小范圍試用，局限于一個工序或一個車間數(shù)十點的規(guī)模上，一個大型企業(yè)全面使用流程行業(yè)無線通信技術的實例較為少見，所以應用范圍的推廣這個擔子還是比較重的。

    鞍鋼冷軋廠連續(xù)退火生產線采用了WIA-PA無線通信系統(tǒng)，在現(xiàn)場200m×20m×30m范圍內布置了WIA-DS18B無線溫度變送器416個測點，對有數(shù)百個軋輥的軸承溫度進行監(jiān)控，以實現(xiàn)軸承健康狀態(tài)的在線檢測。

    中石化武漢800kt/a乙烯的原料罐區(qū)、中間罐區(qū)及產品罐區(qū)采用了霍尼韋爾公司基于ISA100.11a協(xié)議標準的OneWireless無線解決方案，以實現(xiàn)生產過程的監(jiān)視、報警、報表打印及生產管理。在這三個罐區(qū)共計使用了3臺無線工作站、3臺防火墻、3臺無線交換機、35臺多功能節(jié)點（包括作為主網(wǎng)關、冗余網(wǎng)關使用的多功能節(jié)點）、276臺無線現(xiàn)場設備（無線壓力變送器），再加上罐區(qū)外還有2臺汽車衡器AI信號以無線方式接入，共278臺無線現(xiàn)場設備信號，這也是當前國內應用規(guī)模較大、技術較先進的無線儀表系統(tǒng)成功應用案例。

    浙江長興電廠2 臺6 6 0MW燃煤機組總體規(guī)劃為無線技術示范工程，考慮建立全廠智能無線網(wǎng)絡，總體規(guī)劃建9個WirelessHART 1420智能無線網(wǎng)關，每個網(wǎng)關覆蓋200m范圍內的測點，網(wǎng)關采用TCP/IP方式，通過工業(yè)以太網(wǎng)接入DCS機柜間的以太網(wǎng)交換機。

    在擴大應用范圍這一點上，WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡無疑是做得最好的，它不僅在流程行業(yè)的石化、油氣田、冶金有較多應用實例而且還推廣到船舶廠氣體管網(wǎng)在線監(jiān)測、實驗室測試系統(tǒng)、智能樓宇系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、智能變電站、輸電線路智能監(jiān)測、智能交通服務平臺、電機能效監(jiān)測系統(tǒng)、工廠環(huán)境中的人員定位、太陽能光伏發(fā)電站光伏匯流箱監(jiān)測、農田環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，顯示了對應用環(huán)境極強的適應力。

    3　多種無線通信技術標準的融合

    如果能在單一架構下管理多個無線網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù)，或者說在單一架構下管理統(tǒng)一后的單一無線網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù)，應該是過程行業(yè)用戶一致的要求，所以我們說多種無線通信技術標準的融合是一個大趨勢，它可以提供遠程操作的更高可靠性和更低成本。三大無線國際標準合作的技術基礎原本是存在的，因為ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底層協(xié)議都是IEEE802.15.4，而提供芯片和通信協(xié)議棧的商家往往同時提供這幾種技術的部件，即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA陣營內，還包括有很多相同的會員。

    作為ISA100的核心成員單位的尼維斯（Nivis）公司一向以其管理和優(yōu)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡的軟件而聞名，同時在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN開發(fā)基于標準的無線網(wǎng)狀通信堆棧方面擁有豐富的知識和能力。尼維斯公司目前是我們所了解到的唯一同時提供ISA100.11a和WirelessHART兩種流程行業(yè)無線產品供應商，比如其無線節(jié)點和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型號是相同的，使用戶能夠在單一的硬件上運行任何一種標準。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a標準，也支持WirelessHART標準，擁有在同一平臺上運行的軟件，VersaRouter910是一個雙啟動硬件（Dual boot hardware），是集全功能于一身，專門為客戶準備好提供的無線解決方案設計的工業(yè)級無線路由器。中科博微公司是可同時提供WIA-PA、WirelessHART兩種流程行業(yè)無線產品供應商，比如其無線網(wǎng)關既有屬于WIA-PA無線網(wǎng)絡的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS1200 2種型號的網(wǎng)關，又有屬于WirelessHART無線網(wǎng)絡的WHT-GW1250網(wǎng)關。北京天宇藍翔科技發(fā)展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART兩種無線網(wǎng)絡產品。

    在ISA100.11a和WirelessHART問世之初，在ISA名下成立過ISA100.12工作組，負責尋找將WirelessHART和ISA100.11a無線標準融合的技術途徑。當時認定實現(xiàn)無線標準融合技術途徑的唯一方法是發(fā)布提案申請，后有3個團隊提出申請。但最終這些團隊沒有解決以下核心問題：網(wǎng)絡規(guī)范的定義能夠取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2個現(xiàn)有網(wǎng)絡的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供應商的兩個團隊都不能接受修改自己基礎網(wǎng)絡的要求，因此無法達成任何妥協(xié)協(xié)議。其原因非技術方面，而是集中在營銷效應方面。因此在2013年，ISA100.12工作組已決定放棄在無線通信技術標準融合方面的努力。ISA100.12工作組中的最終用戶曾建議的融合備選方案是供應商可提供同時對ISA100.11a和WirelessHART無線網(wǎng)絡進行操作的產品，即“雙啟動”產品的解決方案。

    2010年初，德國測量與控制標準委員會NAMUR發(fā)布PressRelease（公告），開始提出單一（融合）工業(yè)無線標準（僅過程自動化領域）的要求，建議三個標準合并為一個IEC標準。2010年8月在倫敦的Heathrow（希思羅）機場召開了工作組第一次會議，工作組即以希思羅命名。2011年3月底在瑞士的融合工作組會議形成備忘錄決定成立技術工作組，重慶郵電大學是希思羅工作組的5名核心成員之一和技術工作組主要成員。技術工作組首先完成“三個標準的異同”資料的編輯，然后達成分三步開展工作的共識，第一步是實現(xiàn)三標準共存，如圖1所示，第二步完成漸進式融合，第三步以單一的OSI/ISO層過程儀表協(xié)議的現(xiàn)場設備、統(tǒng)一的接入點、統(tǒng)一的網(wǎng)關實現(xiàn)標準的最終融合，這里的現(xiàn)場設備、接入點、網(wǎng)關均以希思羅命名。
 

圖1 希思羅工作組融合工業(yè)無線標準的第一步

    2012年12月現(xiàn)場總線基金會（FF）宣布與國際自動化學會自動化標準委員會ISA100合作提出了一個通用的框架，允許多個工業(yè)通信協(xié)議通過共享無線集成架構在過程自動化系統(tǒng)中運行，使現(xiàn)場總線連接到遠程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有線H1協(xié)議集成到單一的標準化環(huán)境中，這稱為基金會的遠程操作管理ROM，這是通過第三方的開放融合，以便為用戶提供更高的可靠性和更低成本的遠程操作。這個框架保持了“基礎設施”戰(zhàn)略，而不是試圖在無線設備水平方面競爭。

    4　系統(tǒng)架構的創(chuàng)新

    霍尼韋爾公司2 0 0 4 年推出工業(yè)無線變送器—— 基于Z i gBe e 無線技術的XYR5 0 0 0 無線壓力變送器， 載頻為902MHz~928MHz，以此為基礎的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)構成如圖2所示。Wireless ISA100.IIa WLA-PA
 

 圖2 早期以XYR5000為基礎的無線網(wǎng)絡系統(tǒng)構成圖

    作為網(wǎng)關設備的基站W(wǎng)BR與各種類型的XYR5000無線變送器可直接通信，最大數(shù)量為50臺，最大距離610m。基站還可有線接入最多25個AO/DO組件，基站與控制系統(tǒng)的連接有RS485 ModbusRTU接口，還可提供RS232到WMT無線管理工具上顯示。

    隨后IEC三大國際標準的早期無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的架構是由網(wǎng)關和無線現(xiàn)場設備組成，如橫河電機無線系統(tǒng)的早期架構是YFGW710現(xiàn)場無線一體型網(wǎng)關和現(xiàn)場無線設備，一臺網(wǎng)關可接入最多10臺（刷新率1s）或50臺（刷新率5s）現(xiàn)場無線設備，如圖3所示。
 

圖3 橫河電機無線系統(tǒng)的早期架構

    艾默生過程管理公司下屬的羅斯蒙特公司真正針對流程行業(yè)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的研究始于1998年，2006年推出的智能無線解決方案是采用900MHz， 2007年以后在歐洲和亞洲則推出2.4GHz的解決方案。早期無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的架構也是由網(wǎng)關和無線現(xiàn)場設備組成，可能會包括適配器等設備，同時每一臺無線現(xiàn)場設備還可作為路由器將其他無線現(xiàn)場設備的信息傳送到網(wǎng)關，如圖4所示。
 

圖4 艾默生過程管理早期無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的架構

    2007年6月11日，霍尼韋爾公司推出基于ISA100.11a思路的OneWireless無線網(wǎng)絡方案，采用了XYR6000變送器，載頻為2.4GHz。推出OneWireless無線網(wǎng)絡后，系統(tǒng)架構也在不斷更新，較早的版本是2009年4月的120版，當時作為網(wǎng)關的是多功能節(jié)點；2011年9月發(fā)布200版的新功能包括無線變送器無路由功能改為路由功能可選、增加了現(xiàn)場設備接入點FDAP、增加了HART適配器等，2011年10月又引入了Cisco Aironet 1552S Outdoor AP節(jié)點設備、Cisco WLAN控制器；2013年4月發(fā)布210版的新功能包括在線無線設備授權等新功能。

    AP節(jié)點設備被分為兩類：網(wǎng)格接入點（MAP）和根接入點（RAP）。網(wǎng)格接入點是Mesh網(wǎng)絡的遠程接入點，它作為ISA100.11a無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡的接入點，這是所有接入點的默認角色。對下層ISA100.11a無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡來說，每個網(wǎng)格接入點都可以發(fā)送和接收來自無線現(xiàn)場設備的消息，同時，它又作為一個路由器，為其相鄰網(wǎng)格接入點以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi網(wǎng)絡轉發(fā)消息，從而在2層網(wǎng)絡中為無線設備和主機應用之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，通過轉發(fā)過程，數(shù)據(jù)可以找到通過中間網(wǎng)格接入點抵達目的地的最佳路徑。如果一個鏈路因為任何原因而出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡會自動通過其他路徑安排數(shù)據(jù)傳輸，直到數(shù)據(jù)抵達網(wǎng)關為止。

    根接入點通過光纖、有線以太網(wǎng)或電纜連接器連接到有線網(wǎng)絡或服務器，作為到有線網(wǎng)絡的“根”或“網(wǎng)關”，它必須在接入點配置時設定為根接入點。通信時，網(wǎng)格接入點通過網(wǎng)格接入點之間的路徑或直接傳送到根接入點。在這種網(wǎng)絡拓撲結構中，接入點之間有許多冗余路徑連接，因而特別可靠。

    隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增大和網(wǎng)格接入點數(shù)量的增加，有必要使用多臺根接入點以保證無線網(wǎng)絡所需的性能和吞吐量（如圖5所示）。推薦根接入點對網(wǎng)格接入點比值為20，這意味著，最多20個網(wǎng)格接入點可以共享相同的一次和二次根接入點，由于每個網(wǎng)格接入點可接入數(shù)十臺無線現(xiàn)場設備，每個根接入點可接入20個網(wǎng)格接入點，而根接入點又可以多個同時接入交換機，其應用規(guī)模可滿足數(shù)百點到數(shù)千點的大型無線網(wǎng)絡的要求。
 

    圖5 帶多臺根接入點Cisco節(jié)點設備的ISA100.11a無線現(xiàn)場設備大型網(wǎng)絡

    艾默生過程管理公司在WirelessHART網(wǎng)絡中也推出了CiscoAP節(jié)點設備作為構成回傳網(wǎng)絡節(jié)點的接入點，菲尼克斯公司在WirelessHART網(wǎng)絡中也推出了可與該公司多臺WirelessHART網(wǎng)關組成骨干網(wǎng)絡的WLAN接入點，且都通過Wi-Fi傳送采集的所有信息，同時，WirelessHART網(wǎng)絡也可接收支持802.11Wi-Fi通信的無線設備的信息。

    隨著工業(yè)無線網(wǎng)絡將過程控制延伸到工廠現(xiàn)場的各個角落，其應用越來越普及，單個應用實例的規(guī)模也越來越大，已突破一個工序或一個車間的范圍。在這種形勢下，流程行業(yè)無線網(wǎng)絡設備的制造廠家不失時機地推出可覆蓋整個工廠的全集成式多用途無線網(wǎng)絡。這樣的網(wǎng)絡中既包括簡單的無線現(xiàn)場儀表網(wǎng)絡，也覆蓋多種無線應用的場合。

    創(chuàng)新的系統(tǒng)架構主要體現(xiàn)在接入點設備作為主干網(wǎng)絡節(jié)點，比如OneWireless無線網(wǎng)絡先后推出的現(xiàn)場設備接入點FDAP、Cisco Aironet 1552S Outdoor AP節(jié)點，橫河電機ISA100.11a無線網(wǎng)絡的YFGW510現(xiàn)場無線接入點，艾默生過程管理公司W(wǎng)irelessHART無線網(wǎng)絡推出的781遠程鏈路、Cisco AP節(jié)點設備和WLAN接入點，菲尼克斯公司W(wǎng)irelessHART無線網(wǎng)絡的WLAN接入點。這些設備具有骨干路由器功能，可將眾多的無線現(xiàn)場設備的信息通過底層網(wǎng)絡采集后，盡快地通過骨干網(wǎng)絡傳送到無線網(wǎng)關。這種將網(wǎng)關功能分離為接入點和現(xiàn)場無線管理站以及將信息傳送分為底層網(wǎng)絡及骨干網(wǎng)絡的分層架構，不僅擴大了網(wǎng)絡的規(guī)模、提高了信息傳送速度，還能更好地實現(xiàn)同時管理多個現(xiàn)場無線子網(wǎng)通信系統(tǒng)的要求。

    5　引入無線行業(yè)領軍廠家的技術和產品

    借助網(wǎng)絡解決方案供應商的技術迅速提高產品檔次，霍尼韋爾公司2012年直接采用支持標準的思科（Cisco）公司組態(tài)和拓撲結構性統(tǒng)一無線網(wǎng)絡技術，這包括使用冗余交換機、冗余的無線局域網(wǎng)控制器以及多重網(wǎng)格接入點MAP和根接入點RAP，實現(xiàn)一個強大的高可用性的網(wǎng)絡。如使用Cisco Aironet 1552S AP節(jié)點設備構建OneWireless工業(yè)無線網(wǎng)絡，同時還采用Cisco WLAN控制器用于管理Cisco Aironet 1552S AP節(jié)點設備，在單一的架構下為Wi-Fi應用和ISA100.11a現(xiàn)場儀表提供無線覆蓋，從而有效降低總體擁有成本。Cisco Aironet 1552S AP節(jié)點設備的功能與原有的多功能節(jié)點完全一樣，但天線數(shù)量增加，速度更快，帶寬更寬。艾默生過程管理公司早在2007年就已經(jīng)同思科公司建立了合作伙伴關系，如在異構系統(tǒng)的無線通信方面雙方就進行了合作，最近又引入了Cisco AP節(jié)點設備。

    羅克韋爾自動化收購了vMonitor，將劃入羅克韋爾自動化控制產品和解決方案營運部門。vMonitor是全球范圍內數(shù)字油田實施及遠程運營領域的先驅，早在2005年1月，它就在殼牌公司的支持下，進行了Kanbode 8口油井無線傳感器網(wǎng)絡的試驗，為井口和上游應用提供了創(chuàng)新的監(jiān)控解決方案，創(chuàng)造性地將最尖端的無線儀表和通信與可視化軟件結合在一起，幫助客戶制定更明智的決策并改善生產狀況。vMonitor的技術涵蓋井口傳感器與變送器、遠程終端單元、網(wǎng)關和調制解調器的全無線產品組合，以及交鑰匙監(jiān)控系統(tǒng)和服務。這些產品覆蓋范圍廣，適合從油氣井、管道、泵站和升液站到煉油廠以及油庫的各類應用。

    6　WIA-PA的前景廣闊

    WIA-PA幾乎是與國外產品同時起步的，目前已經(jīng)有中科院沈陽自動化研究所與中科博微公司、川儀、北京天宇藍翔科技發(fā)展有限公司、北京雅丹漢和石油技術開發(fā)有限公司、中科奧維公司、重慶偉岸測器制造股份有限公司、北京安控科技股份有限公司、上海自動化儀表股份公司等生產WIA－PA無線網(wǎng)絡產品。中科院沈陽自動化研究所還與蘇儀集團共建中科院工業(yè)無線物聯(lián)網(wǎng)應用技術研產基地，以實現(xiàn)符合WIA-PA工業(yè)無線標準的WIA-PA無線儀表產業(yè)化。

    automation網(wǎng)站編輯Bill Lydon先生發(fā)表的“關于2012年自動化和控制趨勢的解讀”一文中提到：“WIA-PA發(fā)展態(tài)勢讓WirelessHART與ISA100的陣營都很吃驚。在自動化與控制技術領域，中國是一個快速增長的區(qū)域，根據(jù)中國的市場容量，有人斷言WIA-PA將只能在中國使用。我并不同意這樣的觀點，我堅信經(jīng)過時間的檢驗，該標準很有可能會被廣泛采用，屆時也將有相應的產品從中國出口。同時，我認為WIA-PA將會在900MHz以及更低的范圍內推出相應的解決方案，在通過墻壁以及其他障礙物的時候可以有更強的信號通過率。”

    就像Bill Lydon先生所預言的一樣，在印度尼西亞國家石油和天然氣公司（PERTAMINA）望加錫臨海罐區(qū)，已采用了由北京天宇藍翔科技發(fā)展有限公司、廣州中科院沈陽自動化研究所分所提供的WIA-PA無線傳輸技術的滿溢監(jiān)控系統(tǒng)。

    但令人遺憾的是，目前WIA-PA的商業(yè)推廣力度太小，一時還難以在國內流程行業(yè)無線通信網(wǎng)絡產品市場上做到與ISA100.11a、WirelessHART產品三足鼎立。

    參考文獻：

    [1] Emerson Process Management.全面視角管理現(xiàn)代化工廠[EB/OL]. http: //www. EmersonProcess. com/SmartWireless. 2014, 08.

    [2] 王利君, 劉傳龍, 劉洪亮. 工業(yè)無線儀表系統(tǒng)在乙烯工程的規(guī)模化應用[J].石油化工自動化, 2014, 50(2): 13 - 16.

    [3] 吳鋒. 智能無線儀表在大型乙烯項目罐區(qū)中的應用[J]. 乙烯工業(yè), 2013,25(2): 13 - 16.

    [4] Honeywell. OneWireless Network Configuration Guide for Cisco Aironet1552S AP. OW - CC0070[EB/OL]. http: //www. Honeywell. com. 2012, 09.

    [5] 金艷. 現(xiàn)場總線發(fā)展一大重要趨勢是集成融合[EB/OL]. http: //www.ca800. com/news/d_1nrusj6oaqt5i. html. 2013, 04.

    [6] Emerson Process Management. 用于過程自動化的無線網(wǎng)絡技術已經(jīng)成熟[EB/OL]. http: //www. gongkong.com/webpage/news/201210/2012101117055100001. htm.

    [7] Emerson Process Management. 愛默生智能無線介紹[EB/OL]. http://www.EmersonProcess. com/SmartWireless. 2014, 07.

    [8] Honeywell. OneWireless Network Configuration Guide for Cisco Aironet 1552SAP.OW-CC0070[EB/OL]. https: //www. Honeywell. com. 2012, 09.

    [9] 方原柏. 流程行業(yè)無線通信技術及應用[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2015.

    [10] 艾默生過程管理. 工業(yè)無線測量工程師指南[EB/OL]. http: //www. EmersonProcess.com/SmartWireless. 2014.

    [11] 馮東英, 肖金超, 鄧燕. 第41講 基于WIA-PA的工業(yè)無線網(wǎng)絡罐區(qū)滿溢監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 儀表標準化與計量, 2013(5): 26-29.

    摘自《自動化博覽》3月刊