作者：霍尼韋爾過(guò)程控制市場(chǎng)部  王寶寧

   摘要：本文集中介紹霍尼韋爾公司的工業(yè)無(wú)線(xiàn)DMZ設計和無(wú)線(xiàn)儀表系統的應用經(jīng)過(guò)與過(guò)程控制系統Experion DCS的內嵌式集成，帶給用戶(hù)更大的價(jià)值。實(shí)現了一個(gè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )架構，覆蓋整個(gè)裝置區域，同時(shí)支持多種無(wú)線(xiàn)應用，包括無(wú)線(xiàn)變送器（采集溫度、壓力、差壓、液位、模擬量、開(kāi)關(guān)量、閥位、腐蝕、振動(dòng)、HART信號等）、移動(dòng)操作站、無(wú)線(xiàn)巡檢、可燃氣體監測和即時(shí)定位，以及現場(chǎng)Modbus TCP/IP設備的無(wú)線(xiàn)轉接等。

   關(guān)鍵詞：OneWireless； Experion DCS；無(wú)線(xiàn)；DMZ；多種無(wú)線(xiàn)應用；無(wú)線(xiàn)儀表

    霍尼韋爾的OneWireless工業(yè)無(wú)線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )可以通過(guò)無(wú)縫的方式把DCS過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )延伸到現場(chǎng)，實(shí)現一個(gè)統一的無(wú)線(xiàn)架構，同時(shí)支持多種無(wú)線(xiàn)應用。即可以構建慢速的、通訊時(shí)間滯后不嚴格的、單純的無(wú)線(xiàn)儀表網(wǎng)絡(luò )；也可以構建強大的無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，如無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )的帶寬可達54Mbps或300Mbps，支持快速的過(guò)程數據采集，如1s，小于250ms的通訊時(shí)間滯后，大規模的應用，如數以千計的無(wú)線(xiàn)儀表，支持多種應用，遠距離的無(wú)線(xiàn)覆蓋等。

    其特點(diǎn)包括支持以下應用：

    無(wú)線(xiàn)變送器（電池供電）的使用更加經(jīng)濟、更加便捷，可以用來(lái)采集到更多的過(guò)程數據，進(jìn)而改善工廠(chǎng)系統控制性能，并且以更低的成本來(lái)滿(mǎn)足各種規定的要求。

    無(wú)線(xiàn)可燃氣體監測和人員定位，確保工作人員的安全。

    無(wú)線(xiàn)移動(dòng)操作站，支持無(wú)線(xiàn)移動(dòng)作業(yè)，現場(chǎng)工作人員可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)架構無(wú)線(xiàn)遠程訪(fǎng)問(wèn)DCS過(guò)程數據及工廠(chǎng)的其它相關(guān)信息。

   無(wú)線(xiàn)巡檢，支持工廠(chǎng)運行最佳操作，實(shí)現巡檢的電子化、智能化，實(shí)現工廠(chǎng)可靠、高效運行。

   無(wú)線(xiàn)振動(dòng)監測，提供設備的狀態(tài)數據，支持預防性維護。無(wú)線(xiàn)腐蝕監測，實(shí)時(shí)監測管道和儲罐的腐蝕程度，避免泄露發(fā)生。

   無(wú)線(xiàn)視頻監控可以確保工廠(chǎng)安全，更為經(jīng)濟。

   支持遠程就地控制系統和中央控制系統的無(wú)線(xiàn)互連。

    歐洲某用戶(hù)在新建項目中，采用了先進(jìn)的系統設計理念，最終選擇了霍尼韋爾公司一體化的過(guò)程控制系統Experion DCS和OneWireless工業(yè)無(wú)線(xiàn)架構，此外還包括Safety Manager、UniSimSimulator/ PHD/ Uniformance Process Studio/ Profit Suite APC/ MES/Operations Management suite、CCTV等?；裟犴f爾 OneWireless 架構能夠覆蓋整個(gè)廠(chǎng)區，包括無(wú)線(xiàn)變送器、移動(dòng)操作和無(wú)線(xiàn)巡檢、Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g)設備、自組織的無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )。

   為了給用戶(hù)帶了最大的價(jià)值，實(shí)現最佳工程操作實(shí)踐，霍尼韋爾在DCS控制系統中創(chuàng )建“Wireless DMZ”區域，連接到DCS控制系統的L3層的路由器上。Wireless DMZ的安全設置同Level3.5層的其它DMZ區域。

   Wireless DMZ區域從控制室擴展到現場(chǎng)就地控制室FAR和現場(chǎng)，連接到現場(chǎng)的Multinode或WDM上，可以借助于主控制室和各就地控制室的光纖通訊網(wǎng)絡(luò )。Wireless DMZ區域支持就地的移動(dòng)操作設備、無(wú)線(xiàn)巡檢設備和其它Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g) 設備訪(fǎng)問(wèn)DCS系統；支持分布在各個(gè)就地控制室現場(chǎng)的多功能節點(diǎn)Multinode相互無(wú)線(xiàn)通訊和同WDM的數據通訊。

   現場(chǎng)移動(dòng)操作終端、無(wú)線(xiàn)巡檢手持設備、可燃氣體探測設備等，通過(guò)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )和控制室的L3層路由器訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程控制系統的上位應用，如移動(dòng)工作站系統的上位服務(wù)器、無(wú)線(xiàn)巡檢的服務(wù)器、可燃氣體監測和即時(shí)定位的上位服務(wù)器等，實(shí)現一個(gè)無(wú)線(xiàn)架構支持多種無(wú)線(xiàn)應用；而對于無(wú)線(xiàn)變送器采集的溫度、壓力、開(kāi)關(guān)量、模擬量、閥位、HART數據、腐蝕、液位等過(guò)程數據通過(guò)WDM及防火墻進(jìn)入控制系統L2層交換機，直接集成到DCS控制網(wǎng)絡(luò )的L2層，支持實(shí)時(shí)監視和控制。

   無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統不僅僅包括了無(wú)線(xiàn)過(guò)程儀表，而且包括了與DCS系統內嵌式集成的管理平臺，為了實(shí)現無(wú)線(xiàn)系統的更大價(jià)值，還為用戶(hù)提供了多種無(wú)線(xiàn)應用。

   多功能節點(diǎn)Multinode

   多功能節點(diǎn)有3根天線(xiàn)，支持下面3個(gè)無(wú)線(xiàn)應用：

   （1）無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò ) (IEEE 802.11a/b/g)，實(shí)現多功能節點(diǎn)相互無(wú)線(xiàn)通訊，構建自組織、自愈合的無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，這樣的冗余無(wú)線(xiàn)通訊，可以擴展無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，以覆蓋整個(gè)煉廠(chǎng)。

   （2）Wi-Fi移動(dòng)終端設備(IEEE 802.11 b/g – 2.4 GHz)：支持如移動(dòng)操作、無(wú)線(xiàn)巡檢、移動(dòng)電腦等。

   （3）無(wú)線(xiàn)變送器 (ISA100.11a – 2.4 GHz)：支持無(wú)線(xiàn)變送器采集過(guò)程數據，并集成到DCS系統中，如C300控制器、Experion服務(wù)器、FDM資產(chǎn)設備管理平臺等。

   沒(méi)有有線(xiàn)連接到Wireless DMZ的多功能節點(diǎn)，可直接安裝到現場(chǎng)，與其它有線(xiàn)接入Wireless DMZ區域的多功能節點(diǎn)相互無(wú)線(xiàn)通訊，構建無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )。多功能節點(diǎn)必須加入到無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )中，要么通過(guò)相互無(wú)線(xiàn)通訊，要么通過(guò)有線(xiàn)連接。而且有線(xiàn)接入能夠更好地改善數據集成的速度和通訊帶寬。

   無(wú)線(xiàn)管理平臺WDM

   無(wú)線(xiàn)管理平臺WDM是集成無(wú)線(xiàn)管理軟件工具的服務(wù)器，內嵌防火墻，隔離Wireless DMZ區域和DCS L2層控制網(wǎng)絡(luò )，避免有線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的影響，同時(shí)也可以避免無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的Wi-Fi移動(dòng)操作終端設備訪(fǎng)問(wèn)L2層控制網(wǎng)絡(luò )。Wi-Fi移動(dòng)操作終端設備通過(guò)L3層路由器進(jìn)入控制網(wǎng)絡(luò )架構。WDM支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的過(guò)程數據直接集成到DCS控制系統的控制器（C300）中，通過(guò)CDA內嵌式通訊或標準通訊協(xié)議，如Modbus TCP、ModbusRTU、OPC A&E和HART等。

   無(wú)線(xiàn)變送器 XYR 6000系列

   霍尼韋爾最新一代的無(wú)線(xiàn)變送器，由電池供電：

   壓力：AP/GP/DP ；

   模擬量輸入 (可以直接接入電壓/電流信號) ；開(kāi)關(guān)量輸入 (可直接接入3點(diǎn)開(kāi)關(guān)信號) ；腐蝕 ；溫度；其它還有：手動(dòng)閥閥位反饋、振動(dòng)、雷達液位、HART轉接模塊。

   XYR6000無(wú)線(xiàn)變送器符合ISA100.11a工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準，支持不同儀表廠(chǎng)家無(wú)線(xiàn)儀表的互操作。

   現場(chǎng)移動(dòng)操作 Mobile Station

   移動(dòng)操作終端設備可以在現場(chǎng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )和WirelessDMZ區域訪(fǎng)問(wèn)DCS控制系統，操作人員可以在現場(chǎng)巡查并同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)DCS過(guò)程畫(huà)面。移動(dòng)操作對于提供運行維護工作的效率，以及在裝置開(kāi)機前的回路調試和靜態(tài)/動(dòng)態(tài)連調都非常有用。

   無(wú)線(xiàn)巡檢 Field Advisor

   無(wú)線(xiàn)巡檢包括一整套軟硬件設備，支持通過(guò)無(wú)線(xiàn)架構，指導最佳巡檢流程（RFID標簽或條形碼標簽）、無(wú)紙化采集現場(chǎng)就地指示表數據、現場(chǎng)操作指導和故障診斷、同控制系統和優(yōu)化軟件平臺的實(shí)時(shí)數據集成、巡檢數據分析和報表生成。

   電源需要

   無(wú)線(xiàn)架構延伸了DCS控制網(wǎng)絡(luò )，并成為其中的一個(gè)組成部分。這些無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )設備，如Multinode、WDM、WirelessDMZ switch都需要UPS系統供電。

   該系統的設計原則與整個(gè)系統的最終架構和帶給用戶(hù)的價(jià)值緊密相關(guān)，無(wú)論是無(wú)線(xiàn)過(guò)程儀表的選擇，還是與DCS系統集成的方式，以及無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )和多種應用的選擇都是該項目的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

   無(wú)線(xiàn)儀表的選擇

   選擇用于監測、開(kāi)環(huán)控制的I/O點(diǎn)采用無(wú)線(xiàn)儀表來(lái)采集；而對于關(guān)鍵控制回路的I/O數據、安全停車(chē)系統的I/O數據仍然采用硬接線(xiàn)的方式。

    數據采集速度

    XYR-6000 無(wú)線(xiàn)變送器支持的數據采集速度可以組態(tài)為1，5，10，或30秒。數據采集速度越快，電池壽命越短，如1秒刷新時(shí)常溫下電池壽命4.5年，常溫下5秒刷新時(shí)為10年。一般工程溫度條件下，1秒刷新時(shí)可以確保3～4年的使用壽命。該項目用于監測的I/O點(diǎn)所采用的無(wú)線(xiàn)變送器設定5秒的刷新速度。

   同DCS的數據集成

   這個(gè)項目的系統是基于最新版本的OneWireless™ (R210) 和Experion™ PKS (R400)。

   Experion C300控制器通過(guò)各就地控制室的WDM獲取現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)儀表的過(guò)程數據。C300和WDM的通訊協(xié)議為Modbus TCP，在C300中把WDM組態(tài)為Modbus slave即可；或組態(tài)成C300 和WDM的CDA內嵌式通訊，比Modbus master/slave應用環(huán)境更簡(jiǎn)潔、高效。 Experion PKS 控制模塊可以集成無(wú)線(xiàn)儀表的過(guò)程數據和報警信息，以及實(shí)現歷史數據存儲。

   無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )

   多功能節點(diǎn)Multinode可以通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式相互構建主干網(wǎng)絡(luò )。

   Wi-Fi無(wú)線(xiàn)覆蓋

   多功能節點(diǎn)同時(shí)支持Wi-Fi覆蓋，實(shí)現一個(gè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)支持無(wú)線(xiàn)變送器和Wi-Fi無(wú)線(xiàn)設備，這得益于多功能節點(diǎn)的多功能設計。選擇如下區域，開(kāi)啟多功能節點(diǎn)的Wi-Fi功能，支持現場(chǎng)移動(dòng)操作和無(wú)線(xiàn)巡檢。

   區域劃分

   每個(gè)就地控制室所控制區域的無(wú)線(xiàn)儀表都被該區域的多功能節點(diǎn)相互無(wú)線(xiàn)通訊所覆蓋。多功能節點(diǎn)盡可能有線(xiàn)接入WirelessDMZ網(wǎng)絡(luò )。每個(gè)就地控制室配置足夠數量的WDM，來(lái)管理該區域的無(wú)線(xiàn)變送器。

   總體布置以及各區域測點(diǎn)的數量

   在總圖上，標注各區域的無(wú)線(xiàn)測點(diǎn)的數量，根據測點(diǎn)的集中程度，決定配置多功能節點(diǎn)Multinode和WDM的數量。原則是1臺多功能節點(diǎn)可以帶18臺無(wú)線(xiàn)變送器（1秒刷新時(shí)）或60臺（5秒刷新時(shí)）。

   總結

   霍尼韋爾工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)給工業(yè)用戶(hù)帶來(lái)了很多種有價(jià)值的應用，成為用戶(hù)有線(xiàn)控制系統的有益補充和擴展。伴隨著(zhù)霍尼韋爾在過(guò)程控制領(lǐng)域的發(fā)展，工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)與DCS系統的內嵌式集成為用戶(hù)提供了更大的系統優(yōu)勢和綜合價(jià)值。工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)作為DCS控制系統的一部分，不僅僅將無(wú)線(xiàn)儀表系統以無(wú)縫的方式集成到上位系統中，而且提供了多種無(wú)線(xiàn)應用，為工廠(chǎng)的優(yōu)化運行，最佳操作實(shí)踐和人員安全等領(lǐng)域帶來(lái)了更大的價(jià)值。