Device Types of Industrial Wireless Network

方原柏

(昆明有色冶金設計研究院，云南 昆明　650051)

工業(yè)無線網(wǎng)絡的設備類型

Device Types of Industrial Wireless Network

方原柏

(昆明有色冶金設計研究院，云南 昆明650051)

摘要：工業(yè)無線網(wǎng)絡技術是當前工業(yè)自動化領域關注的熱點之一，工業(yè)無線網(wǎng)絡包括多種設備類型。針對某個具體應用、不同的工業(yè)無線網(wǎng)絡標準、不同公司的工業(yè)無線網(wǎng)絡產(chǎn)品，組成工業(yè)無線網(wǎng)絡的設備類型也有所不同。初步了解工業(yè)無線網(wǎng)絡的各種設備類型，能較為深入地理解不同標準的特點。

關鍵詞：工業(yè)無線網(wǎng)絡工業(yè)無線網(wǎng)絡標準設備類型工業(yè)自動化

Abstract：At present, the technology of industrial wireless network is one of the hot spots in the field of process automation, while the industrial wireless network includes a variety of device types. For a specific application, different industrial wireless network standard, with products of industrial wireless network from different manufacturer, the device types composing industrial wireless network may also be different. Preliminary understanding of various device types of industrial wireless network will be helpful to understand the features of different standards in-depth.

Keywords：Industrial wireless networkIndustrial wireless network standardsDevice typesProcess automation

0引言

國際上目前引起業(yè)界廣泛關注的工業(yè)無線網(wǎng)絡通信標準主要有Wireless HART、ISA 100.11a和WIA-PA。這些標準雖然各有特點，但從構成無線網(wǎng)絡通信的設備類型上講，還是差別小而共同點更多。

一般來說，工業(yè)無線網(wǎng)絡包括以下設備類型。

① 現(xiàn)場設備：是連接到工業(yè)過程上用來測量或者控制工業(yè)過程，實現(xiàn)現(xiàn)場檢測、數(shù)據(jù)處理、執(zhí)行機構等的終端節(jié)點。

② 路由設備：是一種能為一個網(wǎng)絡設備轉發(fā)數(shù)據(jù)到另一個設備的網(wǎng)絡設備，即提供路由器服務的設備。路由設備可以由支持路由功能的現(xiàn)場設備承擔，也可以是獨立的路由設備。

③ 適配器：將有線HART協(xié)議的設備或其他協(xié)議的設備連接到無線網(wǎng)絡的設備，使有線HART設備或其他協(xié)議的有線設備升級為無線現(xiàn)場設備。

④ 中繼器：用于強化無線現(xiàn)場網(wǎng)絡，如用于擴展無線網(wǎng)絡通信范圍或改善通信質量的網(wǎng)絡設備。

⑤ 手持設備：操作人員現(xiàn)場移動時隨身攜帶的可連接到無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡的設備，用于網(wǎng)絡設備的安裝、維護和操作。

⑥ 接入點：是一種位于網(wǎng)關和工業(yè)無線網(wǎng)絡之間的網(wǎng)絡設備。接入點的一側與工業(yè)無線網(wǎng)絡相連，另外一側是與網(wǎng)關的外部連接，如以太網(wǎng)、WiFi網(wǎng)絡或專用網(wǎng)絡連接。

⑦ 網(wǎng)關：作為上位機與工業(yè)無線網(wǎng)絡之間的橋梁設備，能用于兩個不同網(wǎng)絡間的協(xié)議轉換，使兩個或多個不同協(xié)議的網(wǎng)絡看起來像同種協(xié)議的網(wǎng)絡一樣，并且還能實現(xiàn)命令和數(shù)據(jù)的格式轉換。

⑧ 網(wǎng)絡管理器：負責整個網(wǎng)絡的管理、調度和優(yōu)化的網(wǎng)絡設備，如網(wǎng)絡的形成、配置新網(wǎng)絡設備、讓新網(wǎng)絡設備加入網(wǎng)絡以及監(jiān)測網(wǎng)絡。

⑨ 安全管理器：一種應用程序，用于管理網(wǎng)絡設備的安全資源和監(jiān)控網(wǎng)絡安全狀態(tài)，如生成和管理工業(yè)無線網(wǎng)絡所用到的密碼信息，也負責生成、存儲和管理各種密鑰。

1工業(yè)無線網(wǎng)絡的設備類型

1.1　現(xiàn)場設備

現(xiàn)場設備是變送器、執(zhí)行機構等終端設備，即能夠提供測量值或能夠向執(zhí)行器給出指令的設備。通?，F(xiàn)場設備是生產(chǎn)廠家在原有有線現(xiàn)場設備的基礎上進行一些優(yōu)化改造(如低功耗改造)而成的。變送器通常用來測量溫度、壓力、流量、物位、成分、振動、腐蝕量等生產(chǎn)過程中涉及到的參數(shù)，執(zhí)行機構包括閥門之類的終端控制設備。

Wireless HART工業(yè)無線網(wǎng)絡的現(xiàn)場設備要求首先是HART現(xiàn)場設備，遵守HART現(xiàn)場設備的要求，支持所有HART通用命令、一些HART常規(guī)命令及針對Wireless HART設備定義的標準化的命令和程序。Wireless HART工業(yè)無線網(wǎng)絡的現(xiàn)場設備包括各種無線壓力、溫度、分析、閥門位置、振動、開關量等參數(shù)的變送器。

ISA 100.11a(One Wireless)工業(yè)無線網(wǎng)絡的無線現(xiàn)場設備的品種有兩類，一類為支持ISA 100.11a通信的無線變送器，一類為支持802.11 WiFi通信的無線設備。支持ISA 100.11a的無線變送器包括無線壓力、溫度、腐蝕量、開關量、模擬量、多輸入組合、雷達、閥門回訊等變送器。支持802.11WiFi的無線設備包括無線設備振動(健康狀態(tài))監(jiān)測變送器、無線讀表器、無線視頻、移動工作站、無線巡檢等。

WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡的無線現(xiàn)場設備目前提供的無線設備有無線溫度變送器、無線壓力變送器、無線I/O設備(可接AI/AO/DI等類型信號)、無線稱重變送器、無線HART適配器、無線核探測頭變送器、無線油井示功儀、無線投入式液位計、無線紅外測溫變送器、無線溫濕度變送器、無線油井注水閥門控制器、無線可燃有毒氣體變送器等。

1.2　路由設備

路由是指從一個接口上收到數(shù)據(jù)包，根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址進行定向發(fā)送并轉發(fā)到另一個接口的過程。完成這一過程的設備稱為路由設備或路由器。路由設備可以自尋相鄰的現(xiàn)場設備，形成工業(yè)無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡。所以，路由設備的工作包含兩個基本的動作：確定最佳路徑和通過網(wǎng)絡傳輸信息(即數(shù)據(jù)交換)。

Wireless HART系統(tǒng)中的無線現(xiàn)場設備通常具有路由功能，距離無線網(wǎng)關較遠或與無線網(wǎng)關之間有障礙物的無線現(xiàn)場設備可通過確定最佳路徑由鄰近的無線現(xiàn)場設備路由，將其信息傳送到無線網(wǎng)關，這是路由功能最大的優(yōu)點。解決方案的主要特征是現(xiàn)場儀表配置路由功能，即每臺無線儀表不僅測量自己的過程參數(shù)，而且可以同時為其他儀表的通信進行路由。

WIA-PA系統(tǒng)早期有專用的路由設備，而且是可以接收多臺現(xiàn)場設備信號的路由設備。但據(jù)了解，目前路由功能均作為無線現(xiàn)場設備功能的一部分提供。

One Wireless的早期版本不支持路由功能，而無線現(xiàn)場設備不帶路由功能，這就要求作為無線網(wǎng)關的多功能節(jié)點Multinode以及隨后推出的現(xiàn)場設備接入點FDAP與所有無線現(xiàn)場設備之間沒有障礙物，能直接通信。2010年6月推出的版本R200中，無線現(xiàn)場設備通過組態(tài)可以執(zhí)行路由功能或不執(zhí)行路由功能。當組態(tài)為執(zhí)行路由功能時，它與Wireless HART、WIA-PA系統(tǒng)在路由這一點上就沒有區(qū)別；當組態(tài)為不執(zhí)行路由功能時，現(xiàn)場設備接入點FDAP和多功能節(jié)點等接入點設備應直接與區(qū)域內所有無線現(xiàn)場設備通信，其優(yōu)點是減少數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)奶鴶?shù)，加快數(shù)據(jù)刷新率，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟淮_定性時延及安全風險，提高可靠性，同時減少無線現(xiàn)場設備電池能量的消耗，延長電池的使用壽命。

無線現(xiàn)場設備可以帶路由功能；路由設備也可以是專用的，它只完成路由功能；后面介紹的接入點、網(wǎng)關也可以作為路由器使用。3種路由設備方案的比較如表1所示。

表1　3種路由設備方案比較

根據(jù)路由器所處的位置，可將其劃分為傳感器網(wǎng)絡路由器和骨干網(wǎng)絡路由器。上述傳感器一般是傳感器網(wǎng)絡路由器。骨干網(wǎng)絡路由器指的是當接入點通過802.15.4無線傳感器網(wǎng)絡接收到無線現(xiàn)場設備傳送來的數(shù)據(jù)后，再采用以太網(wǎng)、WiFi網(wǎng)絡或一個專有網(wǎng)絡等傳送到網(wǎng)關。這些網(wǎng)絡稱為骨干網(wǎng)，骨干網(wǎng)絡路由器的功能則由接入點或網(wǎng)關承擔。

1.3　適配器

適配器可連接到有線HART設備上，可通過4~20 mA回路和工業(yè)無線網(wǎng)絡提供并行通信路徑。適配器有2種供電方式：由有線HART設備供電、外接24 VDC供電。

適配器主要有以下4個用法。

① 由于主機系統(tǒng)的限制，可能在4~20 mA回路上無法檢測到HART信號，不能進行HART診斷訪問。

② 向本身沒有無線功能的HART設備提供無線通信。

③ 設備信息可能沒有直接進控制系統(tǒng)的入口，啟用后可訪問多個用戶。在這種情況下4~20 mA信號發(fā)送到控制室，而無線HART信號用于維護人員或其他人員訪問的參數(shù)和診斷數(shù)據(jù)。

④ 作為無線中繼器。

已經(jīng)在生產(chǎn)過程中使用的有線HART現(xiàn)場設備，或者某些檢測參數(shù)已經(jīng)有HART現(xiàn)場設備但還沒有相對應的可用于工業(yè)無線網(wǎng)絡的無線現(xiàn)場設備，可以采用適配器與HART現(xiàn)場設備相連，然后通過工業(yè)無線網(wǎng)絡進行通信。適配器和在HART設備上的安裝示意圖如圖1所示。適配器支持與其相聯(lián)的現(xiàn)場設備之間的HART通信，從HART設備上獲得回路供電及HART信息，但它不影響HART設備原先的模擬信號傳送。也就是說，適配器允許現(xiàn)有的4~20 mA信號與數(shù)字無線信號同時運行。通過適配器可將任何一個普通的HART(可能要求HART5.0或以上版本)設備升級成準無線設備接入無線網(wǎng)絡。適配器的簡化版尺寸短小，可以直接通過螺紋接口擰在變送器本體上，近乎與有線HART現(xiàn)場設備實現(xiàn)一體化，甚至可以將這個一體化的有線HART現(xiàn)場設備當作是準無線現(xiàn)場設備接入無線網(wǎng)絡。

圖1　適配器(左)和在HART設備上的安裝(右)

適配器通常由以下幾部分組成：與有線HART現(xiàn)場設備連接的FSK(頻移鍵控)端口、工業(yè)無線網(wǎng)絡協(xié)議棧和天線、對外的FSK端口。

一般1臺適配器支持1臺HART設備。菲尼克斯公司的RAD-WHA適配器支持最多4臺HART設備；西門子公司SITRANS AW200 Wireless HART適配器在多線路模式下支持最多4臺HART設備；SITRANS AW210 Wireless HART適配器在多線路模式下支持最多8臺HART設備。

對工業(yè)無線網(wǎng)絡來說，適配器往往是一個最基礎的產(chǎn)品。以Wireless HART產(chǎn)品為例，除了艾默生過程管理有較完整的各種現(xiàn)場設備類型之外，目前另外一些生產(chǎn)廠商推出的產(chǎn)品只有適配器、網(wǎng)關或者再加上壓力、溫度無線現(xiàn)場設備。如ABB公司、E+H公司、菲尼克斯公司的Wireless HART產(chǎn)品僅有無線適配器和網(wǎng)關，P+F公司的Wireless HART產(chǎn)品僅有適配器、網(wǎng)關、溫度無線現(xiàn)場設備，西門子公司的WirelessHART產(chǎn)品僅有適配器、網(wǎng)關、溫度無線現(xiàn)場設備、壓力無線現(xiàn)場設備。

當需要將有線HART設備開發(fā)成高度集成的無線HART設備時，可在HART適配器的基礎上作如下的改動：去除內部的FSK連接，將HART設備和適配器的電路整合成一塊電路，將大部分軟件(如堆棧)保留在適配器中。

還有一些廠商推出連接其他標準的適配器，如橫河電機2014年推出的適配器除支持有線HART協(xié)議外，還有支持RS- 485 Modbus標準的適配器，近期還將推出覆蓋其他標準，如FF、Profibus-PA等現(xiàn)場總線的多協(xié)議無線適配器產(chǎn)品。中國中科博微公司的RS-485/232無線透傳模塊是一款針對現(xiàn)有的RS- 485/RS-232總線開發(fā)的適配器無線解決方案，可實現(xiàn)RS- 485總線和無線通信之間的透明傳輸。

1.4　中繼器

中繼器是通過增加額外的通信路徑來加強無線現(xiàn)場網(wǎng)絡的，或者是擴大網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域的一種無線現(xiàn)場設備。

中繼器沒有特殊的要求，中繼器設備的管理應像任何其他無線現(xiàn)場網(wǎng)絡設備一樣，且受所有無線現(xiàn)場網(wǎng)絡設備技術特性的制約。

在現(xiàn)有工業(yè)無線網(wǎng)絡的產(chǎn)品系列中，還沒有找到中繼器這一名稱的產(chǎn)品，替代的方案是采用有路由器功能的現(xiàn)場設備或適配器。采用有路由器功能的現(xiàn)場設備時，通常選用價格較低的類別，如艾默生過程管理的648無線溫度變送器、702型無線開關量變送器。

1.5　手持設備

手持設備是由工廠人員操作的便攜式設備，例如加固的或防爆的個人數(shù)字助埋(PDA)、移動PC等。手持設備由無線操作者用來與無線網(wǎng)絡連接，這些設備可以移動，當它移動到某個位置時，就會建立與本地網(wǎng)絡的連接，并與一個或更多的網(wǎng)絡設備通信；當通信結束時，它將斷開與網(wǎng)絡的連接。手持設備被用于網(wǎng)絡設備的安裝、維護、操作。它是一種口袋大小的計算設備，通常有一個小的顯示屏幕、小型的鍵盤輸入或觸控輸入，它通過網(wǎng)關來實現(xiàn)與工業(yè)無線網(wǎng)絡設備的通信。對于工業(yè)無線網(wǎng)絡而言，這類手持設備就像另一個上位機，操作人員在離開控制室之后仍能從工廠內的任何地點獲得過程參數(shù)、維護數(shù)據(jù)、畫面、報警、組態(tài)信息，并監(jiān)測報警和事件；也可按照實時運行工況來執(zhí)行操作，使用過程數(shù)據(jù)或設備數(shù)據(jù)進行故障排查、了解文檔工作狀態(tài)，或者使用集成的條形碼技術采集信息。

One Wireless工業(yè)無線網(wǎng)絡手持設備有IntelaTrac PKS無線手持巡檢設備、移動氣體檢測儀、現(xiàn)場巡檢儀和移動工作站，如圖2所示。無線巡檢儀支持采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，安排巡檢人員嚴格按照規(guī)定的線路及內容巡檢，當發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場異常工況時，可為關鍵設備提供最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)。移動工作站支持運行人員在現(xiàn)場(甚至在危險區(qū)域)使用，以無線的方式獲取控制系統(tǒng)的實時視圖。移動氣體檢測儀、現(xiàn)場巡檢儀可以通過無線網(wǎng)絡自動收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。移動工作站有以下3種版本：①無線接入eServer標準版——支持設備通過網(wǎng)絡單獨訪問過程信息，查看工廠數(shù)據(jù)；②無線接入eServer增強版——支持動態(tài)讀取過程信息，只支持讀取功能；③無線接入工作站——基于手持設備的功能完善的Experion工作站。對于由專門操作人員和手持設備許可系統(tǒng)嚴格控制的各種操作變化，Experion系統(tǒng)同樣可以支持。

圖2　One Wireless無線網(wǎng)絡手持設備

艾默生過程管理者采用加固的或防爆的PC或PDA等手持設備供移動作業(yè)人員使用，以訪問過程數(shù)據(jù)、排除故障或執(zhí)行操作。

1.6　接入點

接入點是負責從無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)包的設備，起到無線現(xiàn)場設備與網(wǎng)關之間的橋梁作用。當系統(tǒng)規(guī)模很小時，網(wǎng)關可以直接連接為數(shù)不多的無線現(xiàn)場設備；當系統(tǒng)規(guī)模增大時，往往需要有多個接入點。接入點將眾多的無線現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集后送到網(wǎng)關，這種情況下可以提高網(wǎng)絡的有效吞吐量和可靠性，特別適合于要求更快刷新率、更高性能的網(wǎng)絡。所以接入點是一種位于網(wǎng)關和工業(yè)無線網(wǎng)絡現(xiàn)場設備之間的一種網(wǎng)絡設備。

接入點的一邊與工業(yè)無線網(wǎng)絡現(xiàn)場設備相連，另外一邊是一個外部連接。這個外部連接可以是一個以太網(wǎng)、WiFi網(wǎng)絡或一個專有網(wǎng)絡。但接入點通常不直接與過程控制設備相連，而是通過一個工業(yè)無線網(wǎng)關和上位機或控制系統(tǒng)連接。

流程行業(yè)無線網(wǎng)絡產(chǎn)品早期都只有網(wǎng)關，稍后One Wireless工業(yè)無線網(wǎng)絡增加了現(xiàn)場設備接入點FDAP，再往后又增加了Cisco AP節(jié)點設備作為接入點。接入點又分為網(wǎng)格接入點(mesh access point，MAP)、根接入點(root access point，RAP)。網(wǎng)格接入點是Mesh網(wǎng)絡的遠程接入點，它作為無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡和WiFi網(wǎng)絡的接入點，這是所有接入點的默認角色。根接入點具有到有線網(wǎng)絡或服務器的光纖、有線以太網(wǎng)或電纜連接器連接，作為到有線網(wǎng)絡的“根”或“網(wǎng)關”。

網(wǎng)格接入點用于采集無線現(xiàn)場設備的信息，多個網(wǎng)格接入點又以WiFi無線方式將多個無線現(xiàn)場設備的信息傳送到根接入點，根接入點與控制系統(tǒng)以有線Modbus TCP/IP、OPC等方式連接。

現(xiàn)場設備數(shù)量不多的ISA 100.11a現(xiàn)場設備中小型網(wǎng)絡，通常用于非關鍵、不需要快速更新率的監(jiān)控系統(tǒng)。這類小型網(wǎng)絡可以采用現(xiàn)場設備接入點(field device access point，F(xiàn)DAP)覆蓋ISA 100.11a網(wǎng)絡，然后現(xiàn)場設備接入點FDAP作為路由器將信息傳送到作為網(wǎng)關的多功能節(jié)點，也可以直接通過以太網(wǎng)交換機連接到無線管理平臺WDM，這樣的系統(tǒng)可以不用網(wǎng)關。

One Wireless工業(yè)無線網(wǎng)絡可以有多種接入點選擇。如選擇現(xiàn)場設備接入點FDAP，只能接收從ISA 100.11a無線現(xiàn)場設備來的數(shù)據(jù)。如選擇多功能節(jié)點作為接入點，除ISA 100.11a無線現(xiàn)場設備來的數(shù)據(jù)外，還可作為IEEE 802.11a/b/g WiFi客戶端基礎設施的接入點，支持無線視頻、移動工作站、振動監(jiān)測等多種無線通信。如選擇思科公司Cisco1552S AP作為接入點，則又增加了IEEE 802.11a/n(Mesh網(wǎng)絡)，且?guī)捈哟?、通信速度加快、通信距離加長。

當需要強化無線網(wǎng)絡功能時，可選擇路由器或接入點。但考慮到接入點能提高網(wǎng)絡的吞吐量和實現(xiàn)網(wǎng)絡冗余，選擇1臺接入點優(yōu)于選擇1臺路由器。

接入點也可以看成網(wǎng)關的I/O模塊，只不過在物理位置上可以相互分開。當有多個子網(wǎng)時，多個接入點接入各個子網(wǎng)的無線現(xiàn)場設備的信息后，相互間構成骨干網(wǎng)，骨干網(wǎng)采用無線或有線通信的方式將信息傳送到網(wǎng)關，但這里所采用的通信方式不是由該無線通信標準所授權的。

1.7　網(wǎng)關

網(wǎng)關是一種網(wǎng)絡設備。這種網(wǎng)絡設備包含了至少一個上位機接口(如串行口或以太網(wǎng)口)，并充當上位機和無線現(xiàn)場設備間通信的出入口。

網(wǎng)關將無線網(wǎng)絡接入有線網(wǎng)絡，實現(xiàn)異構網(wǎng)絡之間的協(xié)議轉換。通過連接以太網(wǎng)、串行口或其他現(xiàn)有控制裝置通信網(wǎng)絡，能在無線現(xiàn)場設備和主機之間通信，管理無線現(xiàn)場，管理網(wǎng)絡安全。從概念上講，網(wǎng)關是配線柜和接線箱的無線版本。

每個網(wǎng)絡可以安裝一個或多個網(wǎng)關，多個網(wǎng)關間可以相互冗余。

Wireless HART工業(yè)無線網(wǎng)絡1420智能無線網(wǎng)關(西門子公司有IE/WSN-PA LINK網(wǎng)關，E+H公司有Fieldgate SWG70網(wǎng)關等)是現(xiàn)場無線網(wǎng)絡和主機控制系統(tǒng)多種通信協(xié)議的接口，1420智能無線網(wǎng)關接口類型有Modbus、TCP/IP、OPC、以太網(wǎng)等。與DeltaV或Ovation的集成可以選擇Modbus或OPC的方式，如果DeltaV是10.3以后的版本，智能無線網(wǎng)關可以像控制器一樣直接掛在DeltaV的控制網(wǎng)絡上。

One Wireless工業(yè)無線網(wǎng)絡多功能節(jié)點可以作為網(wǎng)關同DCS、PLC進行數(shù)據(jù)集成，兩個10/100 Mbit/s以太網(wǎng)通信口可以同時接在一個交換機上，用于控制系統(tǒng)的通信。Modbus、TCP/IP、OPC用于多功能節(jié)點與控制系統(tǒng)的有線互聯(lián)。在最新采用Cisco Aironet 1552S AP構建的One Wireless工業(yè)無線架構中，現(xiàn)場設備接入點(FDAP)、多功能節(jié)點、思科Cisco 1552s AP均稱之為接入點，而無線管理平臺WDM則稱之為網(wǎng)關。它是單一的ISA 100.11a無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡中心管理組件，負責組態(tài)、調度和無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡的安全。采用工業(yè)標準協(xié)議，如HART、Modbus TCP、Modbus RTU、OPC，支持ISA 100.11a的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有的控制系統(tǒng)集成，WDM主機的接口將現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)連接到控制應用中。

WIA網(wǎng)關負責整個WIA網(wǎng)絡的管理、調度和優(yōu)化，設定和維護網(wǎng)絡通信參數(shù)，統(tǒng)一為網(wǎng)絡設備分配通信資源和路由，配置WIA網(wǎng)絡的運行，調度WIA網(wǎng)絡設備間的通信，監(jiān)控并報告WIA網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。WIA網(wǎng)關支持一個或多個網(wǎng)格接入點和服務接入點，網(wǎng)格接入點提供連接其他網(wǎng)絡的接口，如串口和以太網(wǎng)，服務接入點為上位機提供訪問和管理WIA網(wǎng)絡的接口，如OPC、XML、HART。

1.8　網(wǎng)絡管理器

網(wǎng)絡管理器負責工業(yè)無線網(wǎng)絡的形成、配置新網(wǎng)絡設備、讓新網(wǎng)絡設備加入網(wǎng)絡以及監(jiān)測網(wǎng)絡。網(wǎng)絡管理器還可以收集無線網(wǎng)絡性能和診斷信息，當網(wǎng)絡運行時，獲取的這些信息用于觀察和分析無線網(wǎng)絡行為。如果發(fā)現(xiàn)了問題，可執(zhí)行對無線網(wǎng)絡重新配置。

1.9　安全管理器

安全管理器生成并管理網(wǎng)絡所用到的密碼信息，也負責生成、存儲和管理各種密鑰。安全管理器和網(wǎng)絡管理器應在彼此間建立連接，并維護這個連接以支持設備入網(wǎng)請求和建立會話。安全管理器與網(wǎng)絡管理器協(xié)同工作，以保證網(wǎng)絡免受外來威脅。

2工業(yè)無線網(wǎng)絡的設備組成及設備的邏輯角色

不同的工業(yè)無線網(wǎng)絡標準，不同公司的工業(yè)無線網(wǎng)絡產(chǎn)品，或者說某個具體應用，可能只有以上工業(yè)無線網(wǎng)絡設備類型的一部分，如只有現(xiàn)場設備、適配器、網(wǎng)關或只有現(xiàn)場設備、接入點、網(wǎng)絡管理器、安全管理器。

工業(yè)無線網(wǎng)絡的產(chǎn)品都有一個設備名稱，但如上所述，同一個名稱的設備可能扮演了不同的邏輯角色，如果一個設備扮演某種邏輯角色，那么它必須能夠實現(xiàn)邏輯角色要求的相應功能。如網(wǎng)關可同時承擔系統(tǒng)管理器和安全管理器的邏輯角色，專用路由器同時承擔了骨干路由器的邏輯角色，有的現(xiàn)場變送器承擔現(xiàn)場非路由設備的邏輯角色，有的現(xiàn)場變送器承擔現(xiàn)場路由設備的邏輯角色，掌上型計算機承擔了非路由手持設備的邏輯角色，低層的路由器承擔了配置邏輯角色，現(xiàn)場執(zhí)行器承擔了非路由設備的邏輯角色。這些相應的功能往往需要在網(wǎng)絡組態(tài)時指定或授權，如ISA 100.11a工業(yè)無線網(wǎng)絡的無線現(xiàn)場設備組態(tài)時就需要對是否帶路由功能進行組態(tài)。

3結束語

工業(yè)無線網(wǎng)絡包括了多種設備類型，每一種設備類型往往還承擔其他設備類型的邏輯角色，如現(xiàn)場設備可承擔路由設備邏輯角色，如適配器可承擔路由設備邏輯角色、中繼器邏輯角色，如接入點可承擔網(wǎng)關邏輯角色等。制造商通常選擇將網(wǎng)絡管理器、安全管理器功能集成到網(wǎng)關中，如艾默生過程管理的Wireless HART 1420智能無線網(wǎng)關就包含了網(wǎng)絡管理器、安全管理器的邏輯

角色。One Wireless工業(yè)無線網(wǎng)絡的無線管理平臺(WDM)也承擔了網(wǎng)關、系統(tǒng)管理器以及安全管理器的邏輯角色。

當對各種工業(yè)無線網(wǎng)絡標準的設備類型作了一些初步了解和分析后，可以知道不同標準之間或同一標準不同架構產(chǎn)品之間的差異，從而能較為深入地理解不同標準、不同架構產(chǎn)品的特點，可以讓我們在設計及生產(chǎn)現(xiàn)場調試時能靈活應用這些設備，真正用好工業(yè)無線網(wǎng)絡。

參考文獻

[1] Wireless HART.IEC 62591 Wireless HART System Engineering Guide[S].Revision 3.0.2012.

[2] 艾默生過程管理.建立自組織網(wǎng)絡的最佳方法、網(wǎng)絡規(guī)劃、安裝和調試指南[EB/OL].[2008-03-21].[2014-04-28].http:∥www.docin.com/p-360535374.html.

[3] Honeywell. One Wireless Network Configuration Guide for Cisco Aironet 1552S AP.OW-CC0070[M].2012.

[4] 王平，王泉，王恒，等.測量與控制用無線通信技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[5] Chen Deji，Nixon M，Mok A.Wireless HART：面向工業(yè)自動化的實時網(wǎng)狀網(wǎng)絡[M].王泉，王平，韓松，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[6] Amidi S.工業(yè)無線國際標準介紹，重點剖析ISA-100.11a(一)[J].自動化博覽，2011(7)：56-57.

[7] Montague J.無線技術走向主流[J].Control Engineering ASIA,2014(1-3)：42-44.

[8] 江天生.霍尼韋爾One Wireless無線解決方案[EB/OL]. [2011-11-28].[2014-04-28].https://www.Honeywell.com.

中圖分類號：TH89;TP273

文獻標志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201508007

修改稿日期：2014-05-13。

作者方原柏(1942-)，男，昆明有色冶金設計研究院教授級高級工程師，發(fā)表論文260余篇;長期從事冶金自動化系統(tǒng)的研究與設計。