中國石化武漢分公司 王愛華

霍尼韋爾有限公司 楊建新

某大型石油化工企業(yè)在大型乙烯項(xiàng)目中配套三個(gè)罐區(qū)，設(shè)計(jì)階段業(yè)主和設(shè)計(jì)單位對罐區(qū)的建設(shè)自動(dòng)化和成本控制等課題進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研和論證，考慮到傳統(tǒng)罐區(qū)大量線纜布置，維護(hù)和擴(kuò)展成本高等因素，本著資源節(jié)約和環(huán)境友好的建設(shè)方針，采用工業(yè)無線技術(shù)簡潔的安裝布置和易操作的調(diào)試、維護(hù)、擴(kuò)展等獨(dú)特優(yōu)勢提升罐區(qū)自動(dòng)化水平，節(jié)省建設(shè)投資成本。下面詳細(xì)介紹這個(gè)案例。

1 工業(yè)無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ISA100.11a簡述

ISA100.11a工業(yè)無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由國際自動(dòng)化學(xué)會(huì)(ISA)下屬的ISA100工業(yè)無線委員會(huì)制定， 是開放的、面向多種工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。主要特征包括:提供過程工業(yè)自動(dòng)應(yīng)用服務(wù)；使用隧道和映射技術(shù)，ISA100.11a能簡單地通過無線介質(zhì)傳輸各種應(yīng)用協(xié)議；主干網(wǎng)路由機(jī)制通過高效的主干網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)信息，減少數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)奶鴶?shù)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)優(yōu)勢明顯；靈活的時(shí)隙長度和超幀長度等。

ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)將各種傳感器以無線方式集成到工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中，是工業(yè)傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的多功能標(biāo)準(zhǔn)，為工業(yè)應(yīng)用提供可靠安全的方案。ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采用五層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層等，如圖1所示。

圖1 ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

（1）應(yīng)用層(Application Layer, AL)

應(yīng)用層包括應(yīng)用子層、用戶應(yīng)用進(jìn)程和設(shè)備管理器進(jìn)程。用戶應(yīng)用進(jìn)程是一個(gè)設(shè)備內(nèi)的所有應(yīng)用對象的總和。在ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)設(shè)備只能通過應(yīng)用子層(ASL)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點(diǎn)與其它設(shè)備進(jìn)行通信。應(yīng)用子層不包含任何用戶應(yīng)用，只提供用戶應(yīng)用進(jìn)程和設(shè)備管理進(jìn)程各種服務(wù)，ISA100.11a中有7種服務(wù)，分別為讀、寫、發(fā)布、執(zhí)行、隧道、報(bào)警和報(bào)警接收等。

（2）傳輸層(Transport Layer, TL)

傳輸層提供端到端的通信服務(wù)，負(fù)責(zé)傳輸層幀頭的裝載和解析，傳輸層的安全和信息庫的管理。傳輸層支持UDP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與其他網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一編址和網(wǎng)絡(luò)的互通，支持IPv6。

（3）網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer, NL)

網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)選擇合適的網(wǎng)間路由和交換結(jié)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)及時(shí)傳送。網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)鏈路層提供的幀組成數(shù)據(jù)包，包中封裝有網(wǎng)絡(luò)層包頭，其中含有邏輯地址信息源站點(diǎn)和目的站點(diǎn)地址的網(wǎng)絡(luò)地址。由尋址、路由、分段與重組、管理服務(wù)等功能模塊構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)面向工業(yè)應(yīng)用的端到端的可靠通訊。

（4）數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer, DLL)

數(shù)據(jù)鏈路層包括IEEE 802.15.4的MAC子層、 ISA100.11a的MAC擴(kuò)展層和數(shù)據(jù)鏈路層上層。IEEE 802.15.4的MAC子層通過數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點(diǎn)(MLDESAP)和管理服務(wù)訪問點(diǎn)(MLMESAP)給ISA100.11a的MAC擴(kuò)展層提供了服務(wù)接口。ISA100.11a的MAC擴(kuò)展層主要負(fù)責(zé)時(shí)間同步、跳信道和通信調(diào)度，提供點(diǎn)對點(diǎn)的重傳機(jī)制，TDMA和CSMA信道訪問機(jī)制，在兩個(gè)對等的ISA100.11a的MAC擴(kuò)展層實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。數(shù)據(jù)鏈路子層(DLL) 通過數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點(diǎn) (DLDESAP) 給網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)接口，通過管理服務(wù)訪問點(diǎn) (DLMESAP) 給系統(tǒng)管理器或設(shè)備管理應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)接口。DLL子層主要負(fù)責(zé)DLL幀頭的裝載和解析、DLL層的安全、ISA100.11a DL子網(wǎng)內(nèi)的路由、鄰居發(fā)現(xiàn)及ISA100.11a的MAC擴(kuò)展層的時(shí)間同步、跳信道和通信調(diào)度能夠正常工作。

（5）物理層(Physical Layer, PHY)

物理層通過物理層數(shù)據(jù)服務(wù)訪問點(diǎn)(PLDESAP)和物理層管理服務(wù)訪問點(diǎn)(PLMESAP)給IEEE 802.15.4的MAC子層提供了服務(wù)接口。物理層主要功能有激活和休眠射頻收發(fā)器，發(fā)射功率控制，信道能量檢測(ED)，檢測接受數(shù)據(jù)包的鏈路質(zhì)量指示(Link Quality Indication, LQI)，空閑信道評(píng)估(Clear Channel Assessment, CCA)和收發(fā)數(shù)據(jù)。

每一層定義了兩種服務(wù)實(shí)體：數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體(Data Entity, DE)和管理服務(wù)實(shí)體(Management Entity, ME),DE用于為上層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，ME用于提供管理服務(wù)，相應(yīng)地有兩種服務(wù)訪問點(diǎn)(Service Access Point, SAP)，分別是數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體訪問點(diǎn)(DESAP)和管理服務(wù)實(shí)體訪問點(diǎn)(MESAP)。上層通過DESAP使用下層提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，定義一個(gè)具有管理功能的實(shí)體設(shè)備管理應(yīng)用進(jìn)程 (Device Management Application Process, DMAP) 來統(tǒng)一地訪問各層的MESAP，從而對協(xié)議棧各層進(jìn)行管理和配置；系統(tǒng)管理器下發(fā)的管理信息都通過設(shè)備的DMAP對本設(shè)備的每一層進(jìn)行管理和配置；在一個(gè)設(shè)備中，DMAP會(huì)設(shè)置一個(gè)專門的通道通向較低的協(xié)議層，對這些層的操作提供直接的控制，并且能對診斷和狀態(tài)信息提供直接的接口。

ISA100.11a支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如星型拓?fù)洹⒕W(wǎng)狀拓?fù)涞?。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性高。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，便于配置和擴(kuò)展，同時(shí)具備良好的穩(wěn)定性。為了擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，在ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中引入了主干網(wǎng)，主干網(wǎng)是一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)，可以減小數(shù)據(jù)時(shí)延。所有現(xiàn)場設(shè)備通過主干路由器接入主干網(wǎng)，現(xiàn)場設(shè)備和主干路由器組成的網(wǎng)絡(luò)為ISA100.11a DL子網(wǎng)。

2 基于ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)的無線技術(shù)解決方案

工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)ISA100.11a所構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)架由5個(gè)單元組成：

（1）無線管理平臺(tái)

無線管理平臺(tái)是用戶和工程師與ISA100.11a系統(tǒng)交互的平臺(tái)，包括安全管理平臺(tái)和系統(tǒng)管理平臺(tái)。安全管理平臺(tái)支持授權(quán)設(shè)備，對即將加入工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線設(shè)備進(jìn)行物理授權(quán)；同時(shí)管理每個(gè)設(shè)備的主要安全密鑰并為每個(gè)密鑰制定安全策略。系統(tǒng)管理平臺(tái)管理包括設(shè)備和通信在內(nèi)的工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)策略控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行組態(tài)，監(jiān)控和報(bào)告通信組態(tài)、性能和運(yùn)行狀態(tài)，并提供與時(shí)間相關(guān)的服務(wù)。

（2）無線網(wǎng)關(guān)(Gateway)

無線網(wǎng)關(guān)提供無線管理平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)的接口，也是無線網(wǎng)絡(luò)與工廠網(wǎng)絡(luò)或工廠網(wǎng)絡(luò)的終端應(yīng)用之間的接口。一個(gè)ISA100.11a網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中可存在有多個(gè)網(wǎng)關(guān)。無線網(wǎng)關(guān)用于該標(biāo)準(zhǔn)與其他通信標(biāo)準(zhǔn)之間的通信轉(zhuǎn)換，充當(dāng)ISA-10011a與其他協(xié)議（Modbus、HART、Foundation Fieldbus等）的轉(zhuǎn)換器。

（3）無線主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

無線主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也稱作多功能節(jié)點(diǎn)，是ISA100.11a主干網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，負(fù)責(zé)主干網(wǎng)中的數(shù)據(jù)路由，相互無線通訊，構(gòu)建無線主干網(wǎng)絡(luò)，并支持同現(xiàn)場無線儀表的無線通訊。主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)單元，支持主干網(wǎng)絡(luò)傳輸本地內(nèi)嵌式的ISA100.11a協(xié)議。主干網(wǎng)是一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，包括工業(yè)以太網(wǎng)、基于IEEE 802.11的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、Wi-MAX網(wǎng)絡(luò)等。

（4）現(xiàn)場無線設(shè)備

現(xiàn)場無線設(shè)備分為無線I/O設(shè)備和無線路由設(shè)備兩種。無線I/O設(shè)備是安裝在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)輸入或輸出的現(xiàn)場儀表，包括無線壓力變送器、無線溫度變送器、無線雷達(dá)液位計(jì)和無線腐蝕變送器等。無線路由設(shè)備具有路由功能，可從其他ISA100.11a I/O 設(shè)備接收到數(shù)據(jù)，并無線路由到其它ISA100.11a設(shè)備，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)通訊范圍，實(shí)現(xiàn)無線通訊路徑冗余設(shè)計(jì)。無線路由設(shè)備也可以是無線I/O設(shè)備，可以自己采集過程數(shù)據(jù)，并無線傳輸，而且同時(shí)可為其他I/O設(shè)備進(jìn)行路由?，F(xiàn)場路由器除了具有傳感器/執(zhí)行器外，還具有路由功能，可在ISA100.11a DLL子網(wǎng)內(nèi)，路由終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

（5）便攜式組態(tài)工具

便攜式組態(tài)工具用于組態(tài)配置ISA100.11a無線設(shè)備，即物理授權(quán)，將所需的組態(tài)數(shù)據(jù)（包括安全密鑰）輸入無線設(shè)備使其可加入到無線網(wǎng)絡(luò)。便攜式設(shè)備是訪問ISA100.11a系統(tǒng)的設(shè)備，用于現(xiàn)場維護(hù)與配置設(shè)備。其典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)的典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

霍尼韋爾公司One Wireless無線解決方案符合開放的ISA100工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)多功能的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，由多功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)快速通訊的無線MESH主干網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場無線變送器可自動(dòng)選擇與任何一個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通訊，整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)自組織自愈合。支持多種無線應(yīng)用，包括無線變送器（如溫度、壓力、閥位、雷達(dá)液位計(jì)等）、WiFi設(shè)備、移動(dòng)工作站、煙氣探測等；支持多種通訊協(xié)議，如HART、Foundation Fieldbus、Profibus、DeviceNet和Modbus等。

3 大型石油化工罐區(qū)自動(dòng)化無線技術(shù)應(yīng)用

3.1 無線技術(shù)解決方案

某大型石油化工罐區(qū)自動(dòng)化無線儀表系統(tǒng)由原料罐區(qū)、中間罐區(qū)和產(chǎn)品罐區(qū)3個(gè)區(qū)域組成，包括溫度和壓力共276測點(diǎn)。在3個(gè)罐區(qū)安裝共21臺(tái)多功能節(jié)點(diǎn)和7對冗余網(wǎng)關(guān)，構(gòu)建快速通訊的三個(gè)無線MESH主干網(wǎng)絡(luò)。

（1）在原料罐區(qū)現(xiàn)場設(shè)置7臺(tái)多功能節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)場機(jī)柜間內(nèi)的2對冗余網(wǎng)關(guān)共11臺(tái)主干網(wǎng)路由設(shè)備構(gòu)建無線MESH主干網(wǎng)絡(luò)，覆蓋原料罐區(qū)的67臺(tái)無線壓力變送器和22臺(tái)無線溫度變送器；

（2）在中間罐區(qū)現(xiàn)場設(shè)置6臺(tái)多功能節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)場機(jī)柜間頂上2對冗余網(wǎng)關(guān)共10臺(tái)主干網(wǎng)路由設(shè)備構(gòu)建無線MESH主干網(wǎng)絡(luò)，覆蓋中間罐區(qū)的33臺(tái)無線壓力變送器和38臺(tái)無線溫度變送器；

（3）在產(chǎn)品罐區(qū)現(xiàn)場設(shè)置8臺(tái)多功能節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)場機(jī)柜間頂上3對冗余網(wǎng)關(guān)共14臺(tái)主干網(wǎng)路由設(shè)備構(gòu)建無線MESH主干網(wǎng)絡(luò)，覆蓋產(chǎn)品罐區(qū)的75臺(tái)無線壓力變送器和45臺(tái)無線溫度變送器。

無線壓力變送器和無線溫度變送器自主選擇多功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通訊，所有無線變送器只需1跳Hop即可連接到快速通訊的無線MESH主干網(wǎng)絡(luò)，路由選擇優(yōu)化機(jī)制使其能夠始終采用與周邊多功能節(jié)點(diǎn)中最優(yōu)的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，自組織和自愈合的網(wǎng)絡(luò)特性使其能夠有效的避免故障以及提高快速恢復(fù)能力，無線變送器的刷新速度根據(jù)工藝要求靈活設(shè)置，譬如泵出口壓力變送器均設(shè)定為1秒，罐頂?shù)膲毫ψ兯推髟O(shè)定為10秒，無線溫度變送器設(shè)定為30秒等。

三個(gè)罐區(qū)的無線儀表系統(tǒng)分別獨(dú)立，由各自的無線工作站管理無線網(wǎng)絡(luò)的通訊和安全，由各自的無線工作站對無線網(wǎng)關(guān)、多功能節(jié)點(diǎn)和無線變送器等無線設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程在線組態(tài)和診斷。各個(gè)罐區(qū)的無線網(wǎng)關(guān)連接到各個(gè)現(xiàn)場機(jī)柜間獨(dú)立的無線交換機(jī)，通過無線防火墻連接到DCS系統(tǒng)的二層容錯(cuò)以太網(wǎng)（FTE）交換機(jī)；所有的無線設(shè)備在各個(gè)現(xiàn)場機(jī)柜間里與現(xiàn)場儀表設(shè)備管理系統(tǒng)（FDM）客戶端建立HART數(shù)據(jù)通訊，提供與FDM的通訊接口，實(shí)現(xiàn)對無線儀表系統(tǒng)的管理。無線儀表系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成采用Modbus TCP的通訊協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 罐區(qū)無線儀表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.2 無線技術(shù)解決方案的信息安全

冗余網(wǎng)關(guān)和MESH主干網(wǎng)的設(shè)計(jì)保證工業(yè)等級(jí)的可靠。主備網(wǎng)關(guān)無擾切換確保數(shù)據(jù)不丟失，主網(wǎng)關(guān)和備網(wǎng)關(guān)無需安裝在同一物理位置，只要處于同一網(wǎng)絡(luò)即可，當(dāng)主網(wǎng)關(guān)故障或手動(dòng)切換時(shí)觸發(fā)冗余切換，主網(wǎng)關(guān)和備用網(wǎng)關(guān)的IP地址自動(dòng)更換，備用網(wǎng)關(guān)成為主網(wǎng)關(guān)承擔(dān)通訊的任務(wù)；MESH主干網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)均可發(fā)送和接收信號(hào)，當(dāng)無線環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，數(shù)據(jù)路徑會(huì)根據(jù)時(shí)延、吞吐量和噪聲等因素進(jìn)行重新評(píng)估，MESH主干網(wǎng)會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行自我調(diào)節(jié)將性能維持在最佳性能，網(wǎng)絡(luò)快速自組織和自愈合有效保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；現(xiàn)場無線變送器選擇最優(yōu)的多功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，選擇冗余的備份通訊路徑確保通訊鏈路信息安全。

直接序列/跳頻混合擴(kuò)頻技術(shù)有效保障無線網(wǎng)絡(luò)無擾運(yùn)行，它集合了跳頻通訊技術(shù)FHSS較強(qiáng)的抗定頻干擾的能力和直接序列擴(kuò)頻技術(shù)DSSS的隱蔽性和抗多頻干擾的能力，以及它們共有的較高的通訊安全保密性等特點(diǎn)，具有多址接入和較強(qiáng)的抗干擾能力等優(yōu)勢，與其它無線網(wǎng)絡(luò)友好共存，同時(shí)能夠有效避免現(xiàn)場大功率的電氣設(shè)備的干擾，確保無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠。

端到端的一體化安全措施確保工業(yè)等級(jí)的安全。無線網(wǎng)絡(luò)的安全措施包括端對端的數(shù)據(jù)通訊，自動(dòng)數(shù)據(jù)重傳請求，數(shù)據(jù)包的加密，CRC碼校驗(yàn)，數(shù)據(jù)源驗(yàn)證，抵抗網(wǎng)絡(luò)拒絕服務(wù)攻擊以及組態(tài)安全保護(hù)等。整個(gè)無線儀表采用一套完整的密鑰授權(quán)認(rèn)證系統(tǒng)，專用的授權(quán)設(shè)備和軟件數(shù)據(jù)庫確保密鑰系統(tǒng)的唯一性和保密性。

無線系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)之間配置無線防火墻確保有線控制網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的安全。無線防火墻支持Experion控制系統(tǒng)把控制網(wǎng)絡(luò)延伸至無線網(wǎng)絡(luò)并保證高度安全；無線防火墻安裝在無線交換機(jī)和FTE交換機(jī)之間；無線防火墻是預(yù)組態(tài)好的，即插即用；無線防火墻只允許無線 I/O 數(shù)據(jù)雙向通過，阻隔不必要的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴和垃圾信息，保護(hù)FTE網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)，避免有害網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴、病毒、通訊中斷和數(shù)據(jù)丟失等。

3.3 無線儀表系統(tǒng)的實(shí)施

無線儀表系統(tǒng)的實(shí)施內(nèi)容包括現(xiàn)場勘查落實(shí)無線解決方案的細(xì)則，安裝無線操作站，配置無線主干網(wǎng)路由設(shè)備，組態(tài)無線網(wǎng)關(guān)和所有的無線變送器，授權(quán)所有的無線設(shè)備，現(xiàn)場安裝和調(diào)試，與PKS系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表設(shè)備管理系統(tǒng)（FDM）數(shù)據(jù)集成等。

MESH主干網(wǎng)路由設(shè)備安裝位置對于無線儀表系統(tǒng)的實(shí)施尤為重要，其合理性直接影響到與無線變送器的通信質(zhì)量，多功能節(jié)點(diǎn)的使用數(shù)量以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等因素。在安裝過程中遵循安裝位置有開闊的視野，與網(wǎng)關(guān)和其他主干網(wǎng)路由設(shè)備之間的第一菲涅耳區(qū)域（Fresnel Zone）最少60%的范圍內(nèi)沒有阻擋物，提供視距傳播，增加設(shè)備覆蓋范圍，減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量；主干網(wǎng)路由設(shè)備設(shè)置在所覆蓋無線儀表的中心，和覆蓋區(qū)域的任意無線儀表建立良好的連接；依據(jù)多功能節(jié)點(diǎn)的射頻發(fā)射功率和接收靈敏度，兩個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)使用標(biāo)配天線時(shí)有效通訊距離可達(dá)1公里，采用高增益天線時(shí)可達(dá)10公里；還應(yīng)考慮多功能節(jié)點(diǎn)所處位置的防爆等級(jí)，多功能節(jié)點(diǎn)的防爆認(rèn)證等級(jí)為1級(jí)2區(qū)，在更高級(jí)別的防爆區(qū)域必須安裝在防爆箱內(nèi)等。

無線變送器的天線與就近的主干網(wǎng)路由設(shè)備可視，當(dāng)測點(diǎn)處于與任意主干網(wǎng)路由設(shè)備的連接被嚴(yán)重阻隔時(shí)，可使用延長電纜和高增益天線的方式；無線儀表與多功能節(jié)點(diǎn)均采用標(biāo)配天線時(shí)可傳輸610米，采用高增益天線時(shí)可達(dá)4公里；全向天線保持豎直方向的通訊效果最佳，定向天線需要調(diào)準(zhǔn)最佳的通訊方向；無線溫度和壓力變送器使用電池供電，無需外接24V直流電源，供電單元采用本安設(shè)計(jì)，無線變送器采用隔爆，無線變送器的防爆認(rèn)證等級(jí)為1級(jí)1區(qū)?，F(xiàn)場安裝如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場安裝圖示

無線儀表系統(tǒng)的調(diào)試界面友好方便易懂，IE瀏覽器的方式訪問多功能節(jié)點(diǎn)頁面，可以修改多功能節(jié)點(diǎn)的IP地址、通訊頻率和通信密鑰等重要參數(shù)；專用的無線系統(tǒng)授權(quán)認(rèn)證系統(tǒng)有效保證無線網(wǎng)絡(luò)的安全，授權(quán)設(shè)備PDA簡單易操作，對無線網(wǎng)關(guān)、多功能節(jié)點(diǎn)和所有的無線變送器進(jìn)行授權(quán)，經(jīng)過授權(quán)的無線設(shè)備才能融入到無線儀表系統(tǒng)與其他無線設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；無線軟件組態(tài)無線網(wǎng)關(guān)和無線變送器，設(shè)置位號(hào)、量程范圍、刷新速率和傳感器的類型等重要參數(shù)；無線網(wǎng)絡(luò)管理與診斷工具能實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的狀況，檢測無線變送器與多功能節(jié)點(diǎn)以及多功能節(jié)點(diǎn)之間的無線通訊的信號(hào)強(qiáng)度和通訊質(zhì)量等參數(shù)。無線儀表系統(tǒng)監(jiān)視管理畫面如圖5所示。

圖5 無線儀表系統(tǒng)監(jiān)視管理畫面

無線儀表系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成采用Modbus TCP協(xié)議，冗余的無線網(wǎng)關(guān)作為控制器將數(shù)據(jù)傳輸給DCS服務(wù)器，并且在DCS流程圖畫面上顯示實(shí)時(shí)PV值及歷史趨勢等，如圖6所示。無線網(wǎng)關(guān)提供與現(xiàn)場儀表設(shè)備管理系統(tǒng)FDM的HART通訊接口，各個(gè)罐區(qū)的無線儀表系統(tǒng)與現(xiàn)場機(jī)柜間的FDM客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所有無線設(shè)備的過程參數(shù)和診斷信息在資產(chǎn)管理平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

圖6 DCS流程圖畫面

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明，工業(yè)無線解決方案在安裝調(diào)試的方便快捷和項(xiàng)目成本的節(jié)省等方面具有明顯優(yōu)勢：（1）節(jié)省大量I/O卡件、安全柵和線纜等硬件成本；（2）節(jié)省大量施工人力成本，無需敷設(shè)大量的線纜，無線變送器安裝簡單易操作；（3）節(jié)省大量的調(diào)試維護(hù)成本，設(shè)置量程范圍等參數(shù)、校驗(yàn)無線變送器的精度以及故障診斷等工作都能在控制室操作，無需現(xiàn)場作業(yè)，調(diào)試簡單維護(hù)方便；（4）無線儀表擴(kuò)展方便，增加測點(diǎn)時(shí)直接安裝無線變送器，完成授權(quán)和軟件組態(tài)工作即可使用。

隨著工業(yè)無線技術(shù)的日漸成熟，無線儀表系統(tǒng)將會(huì)深入到工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的各個(gè)方面，工業(yè)無線技術(shù)將成為工業(yè)控制領(lǐng)域一個(gè)新的引擎。

[1] International Society of Automation. ISA100, Wireless Systems for Automation.

[2] Honeywell. OneWireless Network - ISA100.11a-Compliant Wireless Mesh Network.

[3] Soroush Amidi. Introduction internal standard Industry wireless ISA-100.11a.