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    江天生 男，清華大學工商管理碩士，霍尼韋爾（中國）有限公司中國區無線產品業務經理，研究方向為無線技術在工業領域的應用和技術特點，以及無線國際標準。

    摘要：本文闡述了OneWireless無線技術方案，支持過程控制的無線應用。針對過程控制領域設計的OneWireless無線方案具備以下技術特征：支持同DCS控制系統支持無線網關的冗余設計；通訊速度快、通訊時間滯后短、mesh、DSSS、自組織、自愈合的無線主干網絡設計；無線變送器最快1秒的刷新速度和1秒刷新時4.5年的電池壽命；以及無線網絡同DCS控制系統Experion?完全一體化集成等等。

    關鍵詞：OneWireless；無線過程控制應用；無線變送器；冗余網關；ISA100；Wireless HART

    Abstract: This paper mainly focuses on Honeywell’s OneWireless technique designs for wireless application in control. The designed scheme should hold the characters, such as redundant wireless gateway design; the mesh backbone wireless network with up to 54Mbps speed, less than 100ms communication latency, mesh, DSSS, self organizing and self healing; wireless transmitter’s up to 1s refresh speed and long time battery life up to 4.5 years at 1s refresh speed;and the seamless integration with Experion DCS control system through native CDA peer to peer communication between wireless gateway and Experion C300 controller and server etc.

    Key words: OneWireless; Wireless Control Application; Wireless Transmitter;Redundant Gateway; ISA100; Wireless HART

    霍尼韋爾公司OneWireless工業無線解決方案，符合ISA100工業無線國際標準。On eWireelss具備的技術特點，支持把OneWireless工業無線架構應用在過程控制領域。

    這些特點如下：（1）OneWireless無線架構已經具備整個無線網絡的冗余設計，支持無線網關的冗余設計；（2）無線網絡采用2.4GHz ISM頻段、DSSS跳頻，自組織、自愈合，確保通訊可靠；（3）無線mesh主干網絡通訊時間滯后短、速度快、自組織，可靠安全；（4）無線變送器最快可以設定1秒的刷新速度，未來可以支持250毫秒；（5）無線變送器的電池供電可靠，1秒刷新時、常溫下，電池壽命可以達到4.5年，保證了無線技術應用于工廠的控制環節中長期供電；（6）隔爆的無線變送器確保應用場合的安全；（7）無線網絡同DCS控制系統完全一體化集成、支持通過DCS控制系統內嵌工具對無線I/O點直接建點和建立控制策略；（8）無線網絡支持通過DCS控制系統的內嵌工具對無線設備進行在線狀態監視、診斷和遠程組態、校驗等等。

    霍尼韋爾的OneWireless工業無線解決方案，是由多功能節點（Multinode）構建一個通訊速度非常快的無線Mesh主干網絡，現場無線變送器可以自動選擇與任何一個多功能節點進行無線通訊。整個無線網絡自組織、自愈合、冗余網關的設計、沒有單點故障，同時采用了2.4GHz ISM頻段DSSS跳頻通訊，確保無線通訊能夠達到工業等級的可靠性和安全。最多可以有40個多功能節點構建一個無線主干網絡，每個多功能節點都可以同時作為網關有線接入控制系統，中間配置無線防火墻。每個網關都可以配置冗余的網關。

    當OneWireless無線網絡同第三方DCS控制系統或PLC進行數據集成時，無線網關同上位系統的數據集成采用標準的通訊協議，如Modbus TCP/IP、Modbus RS485、OPC、HART等。

    如果同霍尼韋爾公司自己的DCS控制系統PKS Experion?（R311.2及以上版本）進行數據集成時，完全一體化、內嵌集成。

    1 無線網絡同Experion?控制系統完全一體化數據集成，通過CDA peer to peer點對點通訊

    無線網絡中的網關都可以同PKS Experion?控制系統的C300控制器和服務器實現CDA 直接一體化通訊，用戶可以通過Experion? Configuration Studio中一體化內嵌工具，方便的增減無線I/O點、建立控制策略，組態、監視無線設備；實現無線網絡的安全管理；無線網絡的通訊診斷、維護等。

    無線變送器的I/O點及測量參數、狀態參數都在Expe r ion? HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion? points，而無需組建SCADA點或OPC參數。在Experion? System Status中也可以監視無線設備、無線網關及移動工作站的狀態。無線網絡的數據完全集成在Experion?數據庫中。
                    
    用戶通過控制系統Expe r ion? R311.2，可以非常容易、非常安全的把符合ISA100工業無線標準的無線變送器和無線移動工作站、無線CCTV等 Wi-Fi無線設備集成到DCS控制系統中。

    OneWireless無線網關和Experion? Server之間通過peer to peer 點對點CDA通訊，用戶可以使用Experion? Configuration Studio中的內嵌工具增加無線I/O點，對無線設備進行在線組態、診斷和調試，非常方便。現場操作人員和維護人員可以安全的把移動工作站、無線CCTV等Wi-Fi無線設備接入DCS控制網絡，實現實時數據通訊和集成。控制網絡無線延伸到現場以及OneWireless同Experion?的完全內嵌集成能夠為用戶帶來如下優勢：

    減少ISA100無線儀表的現場調試時間；

    利用Experion?控制系統得診斷和維護工具，降低維護費用；

    利用現有的Experion?應用工具，減少培訓費用和時間；

    利用Expeiron?內置的冗余設計，改善整個系統的安全水平；

    擴展無線網絡架構，冗余設計、安全可靠。

    2 從Experion? Configuration Studio管理無線設備

    Experion 用戶可以直接從Experion? Configuration Studio管理無線設備，無需專用的無線工作站PC，可以實現如下功能：

    組態和管理無線設備(無線變送器和無線網關)；

    生成和管理無線網絡的安全，以及對無線設備的授權；

    無線網絡的維護和診斷。

    3 減少無線設備的組態時間

    在PKS Experion?控制系統中，無線網關Experion^®拓撲架構中完全一體化的組成部分，支持無線設備和Experion ^® 控制器之間完全一體化的通訊（native communication），即CDA peer to peer點對點通訊。這種完全一體化集成減少了管理無線設備所需的時間。用戶可以通過Experion? Control Builder管理 (添加、組態、修改)無線I/O點，包括建立控制策略。通過鼠標拖拉可以簡單、快速、透明的為ISA100 無線設備和 Experion?控制器功能塊之間建立通訊。

                    
    人機界面顯示 HMIWeb Display

    無線變送器及其過程數據在控制系統Exeprion工具HMIWeb Display Builder顯示為本地I/O點（native Experion ^® point）。用戶不再需要組態SCADA點或OPC點來集成無線網絡的數據，而是通過在控制系統的系統工具中點擊顯示無線變送器、無線I/O點、其過程數據、狀態顯示等等。

    系統狀態顯示 System Status Display

    無線變送器、無線網關及其它符合ISA100 標準的無線設備的狀態都可在Experion ^® System Status中顯示。  

                   

                                        
    4 提高可靠性

    OneWireless 是支持應用在過程控制的工業無線架構，內置的冗余設計，確保集成到控制的數據和信息的可靠性和安全性，如下圖所示：
 
                     

    ① 霍尼韋爾無線變送器，冗余的通訊設計（dual-cas ttechnology），支持同時與2個多功能節點無線通訊，自組織、自愈合；

    ② 無線mesh主干網絡提供從無線變送器到網關的多個冗余的通訊路徑，自組織、自愈合；

    ③ 無線網關可以冗余配置；

    ④ 同控制系統Experion? 的完全一體化集成，充分利用Experion ^® 控制系統內置的冗余設計，如 Fault Tolerant Ethernet(FTE)控制網絡、冗余servers等，確保數據的無縫式集成。OneWireless無線網絡的數據完全集成在Experion?控制系統的數據庫中。

    5 數據集成

    在同控制系統Experion ^® R311.2進行數據集成時，無線網絡過程數據直接接入Experion ^® 控制系統的 L2層過程控制網絡。無線網關有線接入L2層的FTE交換機，無線網關和L2 FTE交換機之間配置OneWireless無線防火墻，保護Experion?控制網絡和OneWireless無線網絡，阻隔不必要的網絡風暴和垃圾信息。無線防火墻是預組態、即插即用，只允許無線過程數據和組態數據雙向通過，其它數據如 OneWireless無線架構所支持的視頻、移動工作站數據通過L3.5層集成到控制系統當中。
   
                        

    6 無線網絡的管理：對無線網絡的管理完全內嵌于DCS控制系統工具中

    無線管理平臺主要實現以下功能：（1）無線網絡的通訊診斷：用來管理和診斷無線網絡中設備的無線電通訊狀況（如無線電信號強弱）；圖形功能界面支持以圖形方式來監視無線電通訊的狀態和無線通訊拓撲結構；（2）支持對無線變送器的遠程在線組態或維護；（3）無線網絡的統一安全管理。

    這些功能完全內嵌和集成在Experion?控制系統的Experion ^® Configuration Studio和Control Builder中。如前所述，用戶可以通過Experion ^® Configuration Studio中一體化內嵌工具，方便的增減無線I/O點、建立控制策略，組態、監視無線設備；實現無線網絡的安全管理；無線網絡的通訊診斷、維護等。無線變送器的I/O點及測量參數、狀態參數都在Experion ^® HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion ^® points，而無需組建SCADA點或OPC參數。在Experion ^® System Status中也可以監視無線設備、無線網關及移動工作站的狀態。無線網絡的數據完全集成在Experion?數據庫中。

    7 總結

    霍尼韋爾OneWireless無線解決方案，針對過程控制領域的設計，支持同DCS控制系統支持無線網關的冗余設計；通訊速度快、通訊時間滯后短、mesh、DSSS、自組織、自愈合的無線主干網絡設計；無線變送器最快1秒的刷新速度和1秒刷新時4.5年的電池壽命；以及無線網絡同DCS控制系統Experion ^® 完全一體化集成等等技術特征，都支持在過程控制中應用OneWireless無線技術方案。

     摘自《自動化博覽》2010年第四期