摘要：隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的迅速發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。本文介紹工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準ISA100.11a及無(wú)線(xiàn)解決方案，霍尼韋爾基于ISA100.11a工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準的解決方案在大型石油化工罐區自動(dòng)化的應用。

    關(guān)鍵詞：工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準；MESH主干網(wǎng)；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)；冗余路徑；無(wú)線(xiàn)儀表

   Abstract:With the rapid development of wireless technology, it is applied in the field of industrial automation more and more widely.   This paper introduces the ISA100.11a, a standard of industrial wireless technology, and its wireless solutions. As an application example, it also introduces the Honeywell solutions based on the industrial wireless standard ISA100.11a in the tank farm automation of large petrochemical.

    Key words:Industry wireless standard; Mesh network; Wireless gateways;   Redundant path; Wireless instruments

    某大型石油化工企業(yè)在大型乙烯項目中配套三個(gè)罐區，設計階段業(yè)主和設計單位對罐區的建設自動(dòng)化和成本控制等課題進(jìn)行詳細調研和論證，考慮到傳統罐區大量線(xiàn)纜布置，維護和擴展成本高等因素，本著(zhù)資源節約和環(huán)境友好的建設方針，采用工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)潔的安裝布置和易操作的調試、維護、擴展等獨特優(yōu)勢提升罐區自動(dòng)化水平，節省建設投資成本。下面詳細介紹這個(gè)案例。

    1　工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準ISA100.11a簡(jiǎn)述

    ISA100.11a工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)標準由國際自動(dòng)化學(xué)會(huì )(ISA)下屬的ISA100工業(yè)無(wú)線(xiàn)委員會(huì )制定， 是開(kāi)放的、面向多種工業(yè)應用的標準。主要特征包括:提供過(guò)程工業(yè)自動(dòng)應用服務(wù)；使用隧道和映射技術(shù)，ISA100.11a能簡(jiǎn)單地通過(guò)無(wú)線(xiàn)介質(zhì)傳輸各種應用協(xié)議；主干網(wǎng)路由機制通過(guò)高效的主干網(wǎng)傳遞數據信息，減少數據無(wú)線(xiàn)傳輸的跳數，網(wǎng)絡(luò )規模較大時(shí)優(yōu)勢明顯；靈活的時(shí)隙長(cháng)度和超幀長(cháng)度等。

    ISA100.11a標準將各種傳感器以無(wú)線(xiàn)方式集成到工業(yè)領(lǐng)域應用中，是工業(yè)傳感器和執行器網(wǎng)絡(luò )的多功能標準，為工業(yè)應用提供可靠安全的方案。ISA100.11a標準協(xié)議采用五層網(wǎng)絡(luò )體系結構，包括應用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò )層、數據鏈路層和物理層等，如圖1所示。

                            
                                圖1 ISA100.11a標準協(xié)議體系結構

    （1）應用層(Application Layer, AL)

    應用層包括應用子層、用戶(hù)應用進(jìn)程和設備管理器進(jìn)程。用戶(hù)應用進(jìn)程是一個(gè)設備內的所有應用對象的總和。在ISA100.11a網(wǎng)絡(luò )中，一個(gè)設備只能通過(guò)應用子層(ASL)提供的數據服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)與其它設備進(jìn)行通信。應用子層不包含任何用戶(hù)應用，只提供用戶(hù)應用進(jìn)程和設備管理進(jìn)程各種服務(wù)，ISA100.11a中有7種服務(wù)，分別為讀、寫(xiě)、發(fā)布、執行、隧道、報警和報警接收等。

    （2）傳輸層(Transport Layer, TL)vvv傳輸層提供端到端的通信服務(wù)，負責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)現設備與其他網(wǎng)絡(luò )的統一編址和網(wǎng)絡(luò )的互通，支持IPv6。

    （3）網(wǎng)絡(luò )層(Network Layer, NL)

    網(wǎng)絡(luò )層負責選擇合適的網(wǎng)間路由和交換結點(diǎn)，確保數據及時(shí)傳送。網(wǎng)絡(luò )層將數據鏈路層提供的幀組成數據包，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)等功能模塊構成，主要負責實(shí)現面向工業(yè)應用的端到端的可靠通訊。

    （4）數據鏈路層(Data Link Layer, DLL)

    數據鏈路層包括IEEE 802.15.4的MAC子層、 ISA100.11a的MAC擴展層和數據鏈路層上層。IEEE 802.15.4的MAC子層通過(guò)數據服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(MLDESAP)和管理服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(MLMESAP)給ISA100.11a的MAC擴展層提供了服務(wù)接口。ISA100.11a的MAC擴展層主要負責時(shí)間同步、跳信道和通信調度，提供點(diǎn)對點(diǎn)的重傳機制，TDMA和CSMA信道訪(fǎng)問(wèn)機制，在兩個(gè)對等的ISA100.11a的MAC擴展層實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。數據鏈路子層(DLL) 通過(guò)數據服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn) (DLDESAP) 給網(wǎng)絡(luò )層提供服務(wù)接口，通過(guò)管理服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn) (DLMESAP) 給系統管理器或設備管理應用進(jìn)程提供服務(wù)接口。DLL子層主要負責DLL幀頭的裝載和解析、DLL層的安全、ISA100.11a DL子網(wǎng)內的路由、鄰居發(fā)現及 ISA100.11a的MAC擴展層的時(shí)間同步、跳信道和通信調度能夠正常工作。

    （5）物理層(Physical Layer, PHY)

    物理層通過(guò)物理層數據服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(PLDESAP)和物理層管理服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)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)，檢測接受數據包的鏈路質(zhì)量指示(Link Quality Indication, LQI)，空閑信道評估(Clear Channel Assessment, CCA)和收發(fā)數據。

    每一層定義了兩種服務(wù)實(shí)體：數據服務(wù)實(shí)體(Data Entity, DE)和管理服務(wù)實(shí)體(Management Entity, ME),DE用于為上層提供數據傳輸服務(wù)，ME用于提供管理服務(wù)，相應地有兩種服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(Service Access Point, SAP)，分別是數據服務(wù)實(shí)體訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(DESAP)和管理服務(wù)實(shí)體訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(MESAP)。上層通過(guò)DESAP使用下層提供的數據傳輸服務(wù)，定義一個(gè)具有管理功能的實(shí)體設備管理應用進(jìn)程 (Device Management Application Process, DMAP) 來(lái)統一地訪(fǎng)問(wèn)各層的MESAP，從而對協(xié)議棧各層進(jìn)行管理和配置；系統管理器下發(fā)的管理信息都通過(guò)設備的DMAP對本設備的每一層進(jìn)行管理和配置；在一個(gè)設備中，DMAP會(huì )設置一個(gè)專(zhuān)門(mén)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 )拓撲，如星型拓撲、網(wǎng)狀拓撲等。星型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，容易實(shí)現，實(shí)時(shí)性高。網(wǎng)狀結構拓撲結構靈活，便于配置和擴展，同時(shí)具備良好的穩定性。為了擴大網(wǎng)絡(luò )覆蓋面積，在ISA100.11a網(wǎng)絡(luò )結構中引入了主干網(wǎng)，主干網(wǎng)是一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò )，可以減小數據時(shí)延。所有現場(chǎng)設備通過(guò)主干路由器接入主干網(wǎng)，現場(chǎng)設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標準的無(wú)線(xiàn)技術(shù)解決方案

    工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準ISA100.11a所構建的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架由5個(gè)單元組成：

    （1）無(wú)線(xiàn)管理平臺

    無(wú)線(xiàn)管理平臺是用戶(hù)和工程師與ISA100.11a系統交互的平臺，包括安全管理平臺和系統管理平臺。安全管理平臺支持授權設備，對即將加入工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行物理授權；同時(shí)管理每個(gè)設備的主要安全密鑰并為每個(gè)密鑰制定安全策略。系統管理平臺管理包括設備和通信在內的工業(yè)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。根據策略控制網(wǎng)絡(luò )的運行組態(tài)，監控和報告通信組態(tài)、性能和運行狀態(tài)，并提供與時(shí)間相關(guān)的服務(wù)。

    （2）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)(Gateway)

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)提供無(wú)線(xiàn)管理平臺和網(wǎng)絡(luò )的接口，也是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )或工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的終端應用之間的接口。一個(gè)ISA100.11a網(wǎng)絡(luò )系統中可存在有多個(gè)網(wǎng)關(guān)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)用于該標準與其他通信標準之間的通信轉換，充當ISA-10011a與其他協(xié)議（Modbus、HART、Foundation Fieldbus等）的轉換器。

    （3）無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )設備

    無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )設備也稱(chēng)作多功能節點(diǎn)，是ISA100.11a主干網(wǎng)絡(luò )的基礎設施，負責主干網(wǎng)中的數據路由，相互無(wú)線(xiàn)通訊，構建無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，并支持同現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)儀表的無(wú)線(xiàn)通訊。主干網(wǎng)絡(luò )設備的傳輸協(xié)議數據單元，支持主干網(wǎng)絡(luò )傳輸本地內嵌式的ISA100.11a協(xié)議。主干網(wǎng)是一個(gè)數據網(wǎng)絡(luò )，包括工業(yè)以太網(wǎng)、基于IEEE 802.11的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )、Wi-MAX網(wǎng)絡(luò )等。

    （4）現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)設備

    現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)設備分為無(wú)線(xiàn)I/O設備和無(wú)線(xiàn)路由設備兩種。無(wú)線(xiàn)I/O設備是安裝在現場(chǎng)的數據輸入或輸出的現場(chǎng)儀表，包括無(wú)線(xiàn)壓力變送器、無(wú)線(xiàn)溫度變送器、無(wú)線(xiàn)雷達液位計和無(wú)線(xiàn)腐蝕變送器等。無(wú)線(xiàn)路由設備具有路由功能，可從其他ISA100.11a I/O 設備接收到數據，并無(wú)線(xiàn)路由到其它ISA100.11a設備，擴展網(wǎng)絡(luò )通訊范圍，實(shí)現無(wú)線(xiàn)通訊路徑冗余設計。無(wú)線(xiàn)路由設備也可以是無(wú)線(xiàn)I/O設備，可以自己采集過(guò)程數據，并無(wú)線(xiàn)傳輸，而且同時(shí)可為其他I/O設備進(jìn)行路由?，F場(chǎng)路由器除了具有傳感器/執行器外，還具有路由功能，可在ISA100.11a DLL子網(wǎng)內，路由終端節點(diǎn)設備的數據。

    （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(wú)線(xiàn)設備，即物理授權，將所需的組態(tài)數據（包括安全密鑰）輸入無(wú)線(xiàn)設備使其可加入到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。便攜式設備是訪(fǎng)問(wèn)ISA100.11a系統的設備，用于現場(chǎng)維護與配置設備。其典型網(wǎng)絡(luò )架構如圖2所示。

                         
                                 圖2 基于ISA100.11a標準的典型網(wǎng)絡(luò )架構

    霍尼韋爾公司One Wireless無(wú)線(xiàn)解決方案符合開(kāi)放的ISA100工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準，是一個(gè)多功能的工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，由多功能節點(diǎn)構建一個(gè)快速通訊的無(wú)線(xiàn)MESH主干網(wǎng)絡(luò )，現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)變送器可自動(dòng)選擇與任何一個(gè)多功能節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )自組織自愈合。支持多種無(wú)線(xiàn)應用，包括無(wú)線(xiàn)變送器（如溫度、壓力、閥位、雷達液位計等）、WiFi設備、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　大型石油化工罐區自動(dòng)化無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用

    3.1　無(wú)線(xiàn)技術(shù)解決方案

    某大型石油化工罐區自動(dòng)化無(wú)線(xiàn)儀表系統由原料罐區、中間罐區和產(chǎn)品罐區3個(gè)區域組成，包括溫度和壓力共276測點(diǎn)。在3個(gè)罐區安裝共21臺多功能節點(diǎn)和7對冗余網(wǎng)關(guān)，構建快速通訊的三個(gè)無(wú)線(xiàn)MESH主干網(wǎng)絡(luò )。

    （1）在原料罐區現場(chǎng)設置7臺多功能節點(diǎn)和現場(chǎng)機柜間內的2對冗余網(wǎng)關(guān)共11臺主干網(wǎng)路由設備構建無(wú)線(xiàn)MESH主干網(wǎng)絡(luò )，覆蓋原料罐區的67臺無(wú)線(xiàn)壓力變送器和22臺無(wú)線(xiàn)溫度變送器；

    （2）在中間罐區現場(chǎng)設置6臺多功能節點(diǎn)和現場(chǎng)機柜間頂上2對冗余網(wǎng)關(guān)共10臺主干網(wǎng)路由設備構建無(wú)線(xiàn)MESH主干網(wǎng)絡(luò )，覆蓋中間罐區的33臺無(wú)線(xiàn)壓力變送器和38臺無(wú)線(xiàn)溫度變送器；

    （3）在產(chǎn)品罐區現場(chǎng)設置8臺多功能節點(diǎn)和現場(chǎng)機柜間頂上3對冗余網(wǎng)關(guān)共14臺主干網(wǎng)路由設備構建無(wú)線(xiàn)MESH主干網(wǎng)絡(luò )，覆蓋產(chǎn)品罐區的75臺無(wú)線(xiàn)壓力變送器和45臺無(wú)線(xiàn)溫度變送器。

    無(wú)線(xiàn)壓力變送器和無(wú)線(xiàn)溫度變送器自主選擇多功能節點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊，所有無(wú)線(xiàn)變送器只需1跳Hop即可連接到快速通訊的無(wú)線(xiàn)MESH主干網(wǎng)絡(luò )，路由選擇優(yōu)化機制使其能夠始終采用與周邊多功能節點(diǎn)中最優(yōu)的路徑進(jìn)行數據傳輸，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能力，無(wú)線(xiàn)變送器的刷新速度根據工藝要求靈活設置，譬如泵出口壓力變送器均設定為1秒，罐頂的壓力變送器設定為10秒，無(wú)線(xiàn)溫度變送器設定為30秒等。

    三個(gè)罐區的無(wú)線(xiàn)儀表系統分別獨立，由各自的無(wú)線(xiàn)工作站管理無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊和安全，由各自的無(wú)線(xiàn)工作站對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)、多功能節點(diǎn)和無(wú)線(xiàn)變送器等無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行遠程在線(xiàn)組態(tài)和診斷。各個(gè)罐區的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)連接到各個(gè)現場(chǎng)機柜間獨立的無(wú)線(xiàn)交換機，通過(guò)無(wú)線(xiàn)防火墻連接到DCS系統的二層容錯以太網(wǎng)（FTE）交換機；所有的無(wú)線(xiàn)設備在各個(gè)現場(chǎng)機柜間里與現場(chǎng)儀表設備管理系統（FDM）客戶(hù)端建立HART數據通訊，提供與FDM的通訊接口，實(shí)現對無(wú)線(xiàn)儀表系統的管理。無(wú)線(xiàn)儀表系統與DCS系統的數據集成采用Modbus TCP的通訊協(xié)議，網(wǎng)絡(luò )結構圖如圖3所示。

                     
                                 圖3 罐區無(wú)線(xiàn)儀表系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

    3.2　無(wú)線(xiàn)技術(shù)解決方案的信息安全

    冗余網(wǎng)關(guān)和MESH主干網(wǎng)的設計保證工業(yè)等級的可靠。主備網(wǎng)關(guān)無(wú)擾切換確保數據不丟失，主網(wǎng)關(guān)和備網(wǎng)關(guān)無(wú)需安裝在同一物理位置，只要處于同一網(wǎng)絡(luò )即可，當主網(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)承擔通訊的任務(wù)；MESH主干網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)多功能節點(diǎn)均可發(fā)送和接收信號，當無(wú)線(xiàn)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，數據路徑會(huì )根據時(shí)延、吞吐量和噪聲等因素進(jìn)行重新評估，MESH主干網(wǎng)會(huì )自動(dòng)地進(jìn)行自我調節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 )的穩定性；現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)變送器選擇最優(yōu)的多功能節點(diǎn)進(jìn)行數據傳輸，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/跳頻混合擴頻技術(shù)有效保障無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )無(wú)擾運行，它集合了跳頻通訊技術(shù)FHSS較強的抗定頻干擾的能力和直接序列擴頻技術(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的抗干擾能力等優(yōu)勢，與其它無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )友好共存，同時(shí)能夠有效避免現場(chǎng)大功率的電氣設備的干擾，確保無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )運行可靠。

    端到端的一體化安全措施確保工業(yè)等級的安全。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全措施包括端對端的數據通訊，自動(dòng)數據重傳請求，數據包的加密，CRC碼校驗，數據源驗證，抵抗網(wǎng)絡(luò )拒絕服務(wù)攻擊以及組態(tài)安全保護等。整個(gè)無(wú)線(xiàn)儀表采用一套完整的密鑰授權認證系統，專(zhuān)用的授權設備和軟件數據庫確保密鑰系統的唯一性和保密性。

    無(wú)線(xiàn)系統和DCS系統之間配置無(wú)線(xiàn)防火墻確保有線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全。無(wú)線(xiàn)防火墻支持Experion控制系統把控制網(wǎng)絡(luò )延伸至無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )并保證高度安全；無(wú)線(xiàn)防火墻安裝在無(wú)線(xiàn)交換機和FTE交換機之間；無(wú)線(xiàn)防火墻是預組態(tài)好的，即插即用；無(wú)線(xiàn)防火墻只允許無(wú)線(xiàn) I/O 數據雙向通過(guò)，阻隔不必要的網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴和垃圾信息，保護FTE網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，避免有害網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴、病毒、通訊中斷和數據丟失等。

    3.3　無(wú)線(xiàn)儀表系統的實(shí)施

    無(wú)線(xiàn)儀表系統的實(shí)施內容包括現場(chǎng)勘查落實(shí)無(wú)線(xiàn)解決方案的細則，安裝無(wú)線(xiàn)操作站，配置無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)路由設備，組態(tài)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和所有的無(wú)線(xiàn)變送器，授權所有的無(wú)線(xiàn)設備，現場(chǎng)安裝和調試，與PKS系統和現場(chǎng)儀表設備管理系統（FDM）數據集成等。

    MESH主干網(wǎng)路由設備安裝位置對于無(wú)線(xiàn)儀表系統的實(shí)施尤為重要，其合理性直接影響到與無(wú)線(xiàn)變送器的通信質(zhì)量，多功能節點(diǎn)的使用數量以及網(wǎng)絡(luò )結構的優(yōu)化等因素。在安裝過(guò)程中遵循安裝位置有開(kāi)闊的視野，與網(wǎng)關(guān)和其他主干網(wǎng)路由設備之間的第一菲涅耳區域（Fresnel Zone）最少60％的范圍內沒(méi)有阻擋物，提供視距傳播，增加設備覆蓋范圍，減少節點(diǎn)數量；主干網(wǎng)路由設備設置在所覆蓋無(wú)線(xiàn)儀表的中心，和覆蓋區域的任意無(wú)線(xiàn)儀表建立良好的連接；依據多功能節點(diǎn)的射頻發(fā)射功率和接收靈敏度，兩個(gè)多功能節點(diǎn)使用標配天線(xiàn)時(shí)有效通訊距離可達1公里，采用高增益天線(xiàn)時(shí)可達10公里；還應考慮多功能節點(diǎn)所處位置的防爆等級，多功能節點(diǎn)的防爆認證等級為1級2區，在更高級別的防爆區域必須安裝在防爆箱內等。

   無(wú)線(xiàn)變送器的天線(xiàn)與就近的主干網(wǎng)路由設備可視，當測點(diǎn)處于與任意主干網(wǎng)路由設備的連接被嚴重阻隔時(shí)，可使用延長(cháng)電纜和高增益天線(xiàn)的方式；無(wú)線(xiàn)儀表與多功能節點(diǎn)均采用標配天線(xiàn)時(shí)可傳輸610米，采用高增益天線(xiàn)時(shí)可達4公里；全向天線(xiàn)保持豎直方向的通訊效果最佳，定向天線(xiàn)需要調準最佳的通訊方向；無(wú)線(xiàn)溫度和壓力變送器使用電池供電，無(wú)需外接24V直流電源，供電單元采用本安設計，無(wú)線(xiàn)變送器采用隔爆，無(wú)線(xiàn)變送器的防爆認證等級為1級1區?，F場(chǎng)安裝如圖4所示。

                       
                                        圖4 現場(chǎng)安裝圖示

    無(wú)線(xiàn)儀表系統的調試界面友好方便易懂，IE瀏覽器的方式訪(fǎng)問(wèn)多功能節點(diǎn)頁(yè)面，可以修改多功能節點(diǎn)的IP地址、通訊頻率和通信密鑰等重要參數；專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)系統授權認證系統有效保證無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全，授權設備PDA簡(jiǎn)單易操作，對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)、多功能節點(diǎn)和所有的無(wú)線(xiàn)變送器進(jìn)行授權，經(jīng)過(guò)授權的無(wú)線(xiàn)設備才能融入到無(wú)線(xiàn)儀表系統與其他無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行數據通訊；無(wú)線(xiàn)軟件組態(tài)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和無(wú)線(xiàn)變送器，設置位號、量程范圍、刷新速率和傳感器的類(lèi)型等重要參數；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )管理與診斷工具能實(shí)時(shí)監控無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )運行的狀況，檢測無(wú)線(xiàn)變送器與多功能節點(diǎn)以及多功能節點(diǎn)之間的無(wú)線(xiàn)通訊的信號強度和通訊質(zhì)量等參數。無(wú)線(xiàn)儀表系統監視管理畫(huà)面如圖5所示。

                      
                                      圖5 無(wú)線(xiàn)儀表系統監視管理畫(huà)面

    無(wú)線(xiàn)儀表系統與DCS系統的數據集成采用Modbus TCP協(xié)議，冗余的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)作為控制器將數據傳輸給DCS服務(wù)器，并且在DCS流程圖畫(huà)面上顯示實(shí)時(shí)PV值及歷史趨勢等，如圖6所示。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)提供與現場(chǎng)儀表設備管理系統FDM的HART通訊接口，各個(gè)罐區的無(wú)線(xiàn)儀表系統與現場(chǎng)機柜間的FDM客戶(hù)端進(jìn)行數據傳輸，所有無(wú)線(xiàn)設備的過(guò)程參數和診斷信息在資產(chǎn)管理平臺實(shí)時(shí)監測。

                     
                                        圖6 DCS流程圖畫(huà)面

    4　結束語(yǔ)

    實(shí)踐證明，工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案在安裝調試的方便快捷和項目成本的節省等方面具有明顯優(yōu)勢：（1）節省大量I/O卡件、安全柵和線(xiàn)纜等硬件成本；（2）節省大量施工人力成本，無(wú)需敷設大量的線(xiàn)纜，無(wú)線(xiàn)變送器安裝簡(jiǎn)單易操作；（3）節省大量的調試維護成本，設置量程范圍等參數、校驗無(wú)線(xiàn)變送器的精度以及故障診斷等工作都能在控制室操作，無(wú)需現場(chǎng)作業(yè)，調試簡(jiǎn)單維護方便；（4）無(wú)線(xiàn)儀表擴展方便，增加測點(diǎn)時(shí)直接安裝無(wú)線(xiàn)變送器，完成授權和軟件組態(tài)工作即可使用。

    隨著(zhù)工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的日漸成熟，無(wú)線(xiàn)儀表系統將會(huì )深入到工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的各個(gè)方面，工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)將成為工業(yè)控制領(lǐng)域一個(gè)新的引擎。

    參考文獻：

    [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.

    作者簡(jiǎn)介

    王愛(ài)華（1973-），女，山東菏澤人，大專(zhuān)學(xué)歷，現任中石化武漢乙烯公用工程分部和物資流通部區域儀表工程師，主管區域內DCS、SIS及PLC的維護，并負責區域內現場(chǎng)儀表的維護管理工作，目前致力于研究無(wú)線(xiàn)儀表在罐區的應用推廣項目。

    楊建新（1980-），男，四川平昌人，本科學(xué)士，霍尼韋爾公司高級無(wú)線(xiàn)工程師，主要研究方向為無(wú)線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應用。