無(wú)線(xiàn)設備在線(xiàn)授權、組態(tài)和配置

    ISA-100.11a支持用戶(hù)采用各種不同級別的安全措施通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式對無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行授權、組態(tài)、配置。該功能也支持最終用戶(hù)使用數字或靜態(tài)安全密鑰從ISA-100.11a安全管理平臺對無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行遠程的授權和配置。

    無(wú)論采用何種組態(tài)方式，用戶(hù)都可以通過(guò)ISA-100.11a系統管理平臺或資產(chǎn)管理平臺來(lái)進(jìn)一步修改無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)儀表的組態(tài)信息，ISA100網(wǎng)關(guān)支持資產(chǎn)設備管理平臺的通訊協(xié)議如HART。

    基于IPv6 over Low Power WPAN（6LoWPAN）的網(wǎng)絡(luò )層設計

    ISA100并未閉門(mén)造車(chē)，而是采用6LoWPAN IETF工作組制定的規范。IETF已經(jīng)定義了封裝和頭文件壓縮機制，可以從低功率無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（LoWPANs）發(fā)送和接收IPv6數據包，LoWPANs主要定義由“符合IEEE 802.15.4-2003標準的設備”組成的網(wǎng)絡(luò )。這些設備的特點(diǎn)是低比特率通訊帶寬、低發(fā)射功率、低成本，以及低運算能力要求、低內存和低電源消耗。

    工作組已經(jīng)解決了6LoWPAN設備之間的IP通信相關(guān)的問(wèn)題。采用成熟的規范使ISA100能夠充分利用IETF的工作成果，以及該組織未來(lái)對此規范的進(jìn)一步拓展的增強功能。

   Crosby工廠(chǎng)實(shí)例

    2009年，Arkema公司的Crosby工廠(chǎng)（位于美國德克薩斯州休斯頓市正北）同意ISA100標準委員會(huì )測試機構WCI（WirelessCompliance Institute，WCI）和ISA-100.11a無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)儀表供應商在他們的工廠(chǎng)做互操作測試。該工廠(chǎng)生產(chǎn)液態(tài)有機過(guò)氧化物，主要用于生產(chǎn)塑料樹(shù)脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯玻璃鋼、丙烯酸樹(shù)脂。

    在ISA標準委員會(huì )批準發(fā)布ISA-100.11a工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準之后數天內，ISA100標準委員會(huì )測試機構WCI就在該工廠(chǎng)安裝了多個(gè)供應商無(wú)線(xiàn)儀表產(chǎn)品組成的用戶(hù)測試系統，以證明不同供應商無(wú)線(xiàn)設備之間的互操作性。

    ISA-100.11a的眾多應用已經(jīng)得到證明，包括溫度、壓力、觸點(diǎn)閉合、閥門(mén)位置、氣體檢測、腐蝕檢測等。大多數無(wú)線(xiàn)儀表都應用在戶(hù)外，從而節省了有線(xiàn)方式時(shí)的布線(xiàn)成本。最初確定的四個(gè)應用場(chǎng)合是：

    500000加侖的消防水箱：消防安全水箱必須隨時(shí)保持充滿(mǎn)狀態(tài)，以前僅依靠簡(jiǎn)單的機械液位計檢查液位狀態(tài)，效果較差，而在該位置安裝有線(xiàn)差壓變送器測液位的布線(xiàn)成本又比較高昂。

    冷藏室：眾多冷藏倉庫的溫度在0℃以下。如果這些倉庫超出規定的溫度，產(chǎn)品可能分解，甚至發(fā)生火災。溫度數據通過(guò)電話(huà)報告到控制室，遠程聲音警報用于指示倉門(mén)是否打開(kāi)。無(wú)線(xiàn)溫度變送器和倉門(mén)位置傳感器安裝在三個(gè)倉庫中，實(shí)時(shí)監測異常狀況，并報告。六臺無(wú)線(xiàn)變送器相互無(wú)線(xiàn)通訊證明了ISA-100.11a無(wú)線(xiàn)儀表的相互路由功能。

    HART無(wú)線(xiàn)轉換模塊：安裝在廢水箱的有線(xiàn)液位傳感器的數據傳輸到附近的附屬控制室中，而非中央控制室?，F場(chǎng)把該有線(xiàn)變送器輸出的模擬輸出信號或HART信號接入并聯(lián)的ISA-100.11a無(wú)線(xiàn)轉接模塊中，即可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將液位數據實(shí)時(shí)集成到中央控制室的控制系統中。

    可燃氣體變送器：該工廠(chǎng)有許多場(chǎng)合需要監測可燃氣體。在現有的有線(xiàn)毒氣變送器旁邊安裝一個(gè)無(wú)線(xiàn)氣體傳感器。在成功試用之后，完全可以在更大的范圍內采用無(wú)線(xiàn)可燃氣體變送器，甚至擴展到整個(gè)工廠(chǎng)范圍。

                   
                                      圖1 位于A(yíng)rkema的變送器
   
                     
                                  圖2 參與Arkema用戶(hù)測試的供應商

   在現場(chǎng)安裝了一個(gè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )架構，其中包括兩個(gè)ISA-100.11a主干網(wǎng)絡(luò )路由設備，構建無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，覆蓋測點(diǎn)區域。主干網(wǎng)絡(luò )路由設備相互無(wú)線(xiàn)通訊（WiFi），安裝簡(jiǎn)單，主機系統通過(guò)主干網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)通訊即可獲取整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據，進(jìn)行集成。

    測試的無(wú)線(xiàn)拓撲結構證明了ISA-100.11a標準的靈活性，其中主干網(wǎng)絡(luò )路由設備提供廣泛的室外無(wú)線(xiàn)覆蓋，而無(wú)線(xiàn)儀表本身的路由網(wǎng)絡(luò )，可以進(jìn)一步延伸未覆蓋的區域。

    Arkema對主干網(wǎng)絡(luò )路由設備的覆蓋范圍表示驚訝，這是因為在已安裝的九臺無(wú)線(xiàn)變送器中，七臺無(wú)線(xiàn)變送器直接同主干網(wǎng)絡(luò )路由設備無(wú)線(xiàn)通訊，建立了穩定的無(wú)線(xiàn)連接。而其余兩臺無(wú)線(xiàn)變送器位于更遠的區域，它們通過(guò)與其它無(wú)線(xiàn)變送器相互通訊，通過(guò)無(wú)線(xiàn)變送器本身的路由所構建的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，最終進(jìn)入無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現數據集成。所有已安裝的無(wú)線(xiàn)變送器都組態(tài)具有本身的路由功能，未來(lái)可以在現場(chǎng)添加更多的無(wú)線(xiàn)變送器，而無(wú)需額外的主干網(wǎng)絡(luò )路由設備。

    Arkema安裝的無(wú)線(xiàn)變送器都經(jīng)過(guò)ISA100標準委員會(huì )測試機構WCI的設備互通性測試，符合ISA-100.11a標準。該硬件/軟件測試工具使用XML腳本以透明和獨立于某個(gè)特定的無(wú)線(xiàn)儀表供應商，并在ISA-100.11a系統管理平臺上測試、運行。所有無(wú)線(xiàn)變送器經(jīng)測試符合ISA-100.11a標準，經(jīng)批準在A(yíng)rkema使用。

    為了驗證工廠(chǎng)級無(wú)線(xiàn)覆蓋的概念，最初的無(wú)線(xiàn)變送器安裝到工廠(chǎng)的外圍。根據對工廠(chǎng)的現場(chǎng)觀(guān)察，布置主干網(wǎng)絡(luò )路由設備，而沒(méi)有進(jìn)行任何類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)勘測，即可以構建覆蓋測點(diǎn)區域的無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )。

    2009年9月，ISA-100.11a正式發(fā)布成為ISA標準，成為開(kāi)放的工業(yè)無(wú)線(xiàn)國際標準。該無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)儀表標準發(fā)布后，便出現了另一個(gè)無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)儀表標準——HART Foundation制定的IEC 62591Ed 1.0標準。此外，還有中國儀器公司聯(lián)盟推出的IEC 62601標準也通過(guò)審批。

    如上所述，目前整個(gè)過(guò)程控制行業(yè)還沒(méi)有完全確定或公認哪一個(gè)標準作為行業(yè)標準。因此，了解這些標準的來(lái)龍去脈更為重要，以便用戶(hù)或儀表供應商能夠有效地評估哪種標準更能滿(mǎn)足他們現在和未來(lái)的需求。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第八期