江天生 男，清華大學(xué)工商管理碩士，霍尼韋爾（中國）有限公司中國區無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品業(yè)務(wù)經(jīng)理，研究方向為無(wú)線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用和技術(shù)特點(diǎn)，以及無(wú)線(xiàn)國際標準。

    摘要：本文闡述了OneWireless無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案，支持過(guò)程控制的無(wú)線(xiàn)應用。針對過(guò)程控制領(lǐng)域設計的OneWireless無(wú)線(xiàn)方案具備以下技術(shù)特征：支持同DCS控制系統支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)的冗余設計；通訊速度快、通訊時(shí)間滯后短、mesh、DSSS、自組織、自愈合的無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )設計；無(wú)線(xiàn)變送器最快1秒的刷新速度和1秒刷新時(shí)4.5年的電池壽命；以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同DCS控制系統Experion?完全一體化集成等等。

    關(guān)鍵詞：OneWireless；無(wú)線(xiàn)過(guò)程控制應用；無(wú)線(xiàn)變送器；冗余網(wǎng)關(guān)；ISA100；Wireless HART

    Abstract: This paper mainly focuses on Honeywell’s OneWireless technique designs for wireless application in control. The designed scheme should hold the characters, such as redundant wireless gateway design; the mesh backbone wireless network with up to 54Mbps speed, less than 100ms communication latency, mesh, DSSS, self organizing and self healing; wireless transmitter’s up to 1s refresh speed and long time battery life up to 4.5 years at 1s refresh speed;and the seamless integration with Experion DCS control system through native CDA peer to peer communication between wireless gateway and Experion C300 controller and server etc.

    Key words: OneWireless; Wireless Control Application; Wireless Transmitter;Redundant Gateway; ISA100; Wireless HART

    霍尼韋爾公司OneWireless工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案，符合ISA100工業(yè)無(wú)線(xiàn)國際標準。On eWireelss具備的技術(shù)特點(diǎn)，支持把OneWireless工業(yè)無(wú)線(xiàn)架構應用在過(guò)程控制領(lǐng)域。

    這些特點(diǎn)如下：（1）OneWireless無(wú)線(xiàn)架構已經(jīng)具備整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的冗余設計，支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)的冗余設計；（2）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采用2.4GHz ISM頻段、DSSS跳頻，自組織、自愈合，確保通訊可靠；（3）無(wú)線(xiàn)mesh主干網(wǎng)絡(luò )通訊時(shí)間滯后短、速度快、自組織，可靠安全；（4）無(wú)線(xiàn)變送器最快可以設定1秒的刷新速度，未來(lái)可以支持250毫秒；（5）無(wú)線(xiàn)變送器的電池供電可靠，1秒刷新時(shí)、常溫下，電池壽命可以達到4.5年，保證了無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用于工廠(chǎng)的控制環(huán)節中長(cháng)期供電；（6）隔爆的無(wú)線(xiàn)變送器確保應用場(chǎng)合的安全；（7）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同DCS控制系統完全一體化集成、支持通過(guò)DCS控制系統內嵌工具對無(wú)線(xiàn)I/O點(diǎn)直接建點(diǎn)和建立控制策略；（8）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )支持通過(guò)DCS控制系統的內嵌工具對無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行在線(xiàn)狀態(tài)監視、診斷和遠程組態(tài)、校驗等等。

    霍尼韋爾的OneWireless工業(yè)無(wú)線(xiàn)解決方案，是由多功能節點(diǎn)（Multinode）構建一個(gè)通訊速度非?？斓臒o(wú)線(xiàn)Mesh主干網(wǎng)絡(luò )，現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)變送器可以自動(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、冗余網(wǎng)關(guān)的設計、沒(méi)有單點(diǎn)故障，同時(shí)采用了2.4GHz ISM頻段DSSS跳頻通訊，確保無(wú)線(xiàn)通訊能夠達到工業(yè)等級的可靠性和安全。最多可以有40個(gè)多功能節點(diǎn)構建一個(gè)無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)多功能節點(diǎn)都可以同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)有線(xiàn)接入控制系統，中間配置無(wú)線(xiàn)防火墻。每個(gè)網(wǎng)關(guān)都可以配置冗余的網(wǎng)關(guān)。

    當OneWireless無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同第三方DCS控制系統或PLC進(jìn)行數據集成時(shí)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)同上位系統的數據集成采用標準的通訊協(xié)議，如Modbus TCP/IP、Modbus RS485、OPC、HART等。

    如果同霍尼韋爾公司自己的DCS控制系統PKS Experion?（R311.2及以上版本）進(jìn)行數據集成時(shí)，完全一體化、內嵌集成。

    1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同Experion?控制系統完全一體化數據集成，通過(guò)CDA peer to peer點(diǎn)對點(diǎn)通訊

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的網(wǎng)關(guān)都可以同PKS Experion?控制系統的C300控制器和服務(wù)器實(shí)現CDA 直接一體化通訊，用戶(hù)可以通過(guò)Experion? Configuration Studio中一體化內嵌工具，方便的增減無(wú)線(xiàn)I/O點(diǎn)、建立控制策略，組態(tài)、監視無(wú)線(xiàn)設備；實(shí)現無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全管理；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊診斷、維護等。

    無(wú)線(xiàn)變送器的I/O點(diǎn)及測量參數、狀態(tài)參數都在Expe r ion? HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion? points，而無(wú)需組建SCADA點(diǎn)或OPC參數。在Experion? System Status中也可以監視無(wú)線(xiàn)設備、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)及移動(dòng)工作站的狀態(tài)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據完全集成在Experion?數據庫中。
                    
    用戶(hù)通過(guò)控制系統Expe r ion? R311.2，可以非常容易、非常安全的把符合ISA100工業(yè)無(wú)線(xiàn)標準的無(wú)線(xiàn)變送器和無(wú)線(xiàn)移動(dòng)工作站、無(wú)線(xiàn)CCTV等 Wi-Fi無(wú)線(xiàn)設備集成到DCS控制系統中。

    OneWireless無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和Experion? Server之間通過(guò)peer to peer 點(diǎn)對點(diǎn)CDA通訊，用戶(hù)可以使用Experion? Configuration Studio中的內嵌工具增加無(wú)線(xiàn)I/O點(diǎn)，對無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行在線(xiàn)組態(tài)、診斷和調試，非常方便?，F場(chǎng)操作人員和維護人員可以安全的把移動(dòng)工作站、無(wú)線(xiàn)CCTV等Wi-Fi無(wú)線(xiàn)設備接入DCS控制網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現實(shí)時(shí)數據通訊和集成?？刂凭W(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)延伸到現場(chǎng)以及OneWireless同Experion?的完全內嵌集成能夠為用戶(hù)帶來(lái)如下優(yōu)勢：

    減少I(mǎi)SA100無(wú)線(xiàn)儀表的現場(chǎng)調試時(shí)間；

    利用Experion?控制系統得診斷和維護工具，降低維護費用；

    利用現有的Experion?應用工具，減少培訓費用和時(shí)間；

    利用Expeiron?內置的冗余設計，改善整個(gè)系統的安全水平；

    擴展無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構，冗余設計、安全可靠。

    2 從Experion? Configuration Studio管理無(wú)線(xiàn)設備

    Experion 用戶(hù)可以直接從Experion? Configuration Studio管理無(wú)線(xiàn)設備，無(wú)需專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)工作站PC，可以實(shí)現如下功能：

    組態(tài)和管理無(wú)線(xiàn)設備(無(wú)線(xiàn)變送器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān))；

    生成和管理無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全，以及對無(wú)線(xiàn)設備的授權；

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的維護和診斷。

    3 減少無(wú)線(xiàn)設備的組態(tài)時(shí)間

    在PKS Experion?控制系統中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)Experion^®拓撲架構中完全一體化的組成部分，支持無(wú)線(xiàn)設備和Experion ^® 控制器之間完全一體化的通訊（native communication），即CDA peer to peer點(diǎn)對點(diǎn)通訊。這種完全一體化集成減少了管理無(wú)線(xiàn)設備所需的時(shí)間。用戶(hù)可以通過(guò)Experion? Control Builder管理 (添加、組態(tài)、修改)無(wú)線(xiàn)I/O點(diǎn)，包括建立控制策略。通過(guò)鼠標拖拉可以簡(jiǎn)單、快速、透明的為ISA100 無(wú)線(xiàn)設備和 Experion?控制器功能塊之間建立通訊。

                    
    人機界面顯示 HMIWeb Display

    無(wú)線(xiàn)變送器及其過(guò)程數據在控制系統Exeprion工具HMIWeb Display Builder顯示為本地I/O點(diǎn)（native Experion ^® point）。用戶(hù)不再需要組態(tài)SCADA點(diǎn)或OPC點(diǎn)來(lái)集成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據，而是通過(guò)在控制系統的系統工具中點(diǎn)擊顯示無(wú)線(xiàn)變送器、無(wú)線(xiàn)I/O點(diǎn)、其過(guò)程數據、狀態(tài)顯示等等。

    系統狀態(tài)顯示 System Status Display

    無(wú)線(xiàn)變送器、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)及其它符合ISA100 標準的無(wú)線(xiàn)設備的狀態(tài)都可在Experion ^® System Status中顯示。  

                   

                                        
    4 提高可靠性

    OneWireless 是支持應用在過(guò)程控制的工業(yè)無(wú)線(xiàn)架構，內置的冗余設計，確保集成到控制的數據和信息的可靠性和安全性，如下圖所示：
 
                     

    ① 霍尼韋爾無(wú)線(xiàn)變送器，冗余的通訊設計（dual-cas ttechnology），支持同時(shí)與2個(gè)多功能節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通訊，自組織、自愈合；

    ② 無(wú)線(xiàn)mesh主干網(wǎng)絡(luò )提供從無(wú)線(xiàn)變送器到網(wǎng)關(guān)的多個(gè)冗余的通訊路徑，自組織、自愈合；

    ③ 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)可以冗余配置；

    ④ 同控制系統Experion? 的完全一體化集成，充分利用Experion ^® 控制系統內置的冗余設計，如 Fault Tolerant Ethernet(FTE)控制網(wǎng)絡(luò )、冗余servers等，確保數據的無(wú)縫式集成。OneWireless無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據完全集成在Experion?控制系統的數據庫中。

    5 數據集成

    在同控制系統Experion ^® R311.2進(jìn)行數據集成時(shí)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )過(guò)程數據直接接入Experion ^® 控制系統的 L2層過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)有線(xiàn)接入L2層的FTE交換機，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和L2 FTE交換機之間配置OneWireless無(wú)線(xiàn)防火墻，保護Experion?控制網(wǎng)絡(luò )和OneWireless無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，阻隔不必要的網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴和垃圾信息。無(wú)線(xiàn)防火墻是預組態(tài)、即插即用，只允許無(wú)線(xiàn)過(guò)程數據和組態(tài)數據雙向通過(guò)，其它數據如 OneWireless無(wú)線(xiàn)架構所支持的視頻、移動(dòng)工作站數據通過(guò)L3.5層集成到控制系統當中。
   
                        

    6 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的管理：對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的管理完全內嵌于DCS控制系統工具中

    無(wú)線(xiàn)管理平臺主要實(shí)現以下功能：（1）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊診斷：用來(lái)管理和診斷無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中設備的無(wú)線(xiàn)電通訊狀況（如無(wú)線(xiàn)電信號強弱）；圖形功能界面支持以圖形方式來(lái)監視無(wú)線(xiàn)電通訊的狀態(tài)和無(wú)線(xiàn)通訊拓撲結構；（2）支持對無(wú)線(xiàn)變送器的遠程在線(xiàn)組態(tài)或維護；（3）無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的統一安全管理。

    這些功能完全內嵌和集成在Experion?控制系統的Experion ^® Configuration Studio和Control Builder中。如前所述，用戶(hù)可以通過(guò)Experion ^® Configuration Studio中一體化內嵌工具，方便的增減無(wú)線(xiàn)I/O點(diǎn)、建立控制策略，組態(tài)、監視無(wú)線(xiàn)設備；實(shí)現無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的安全管理；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通訊診斷、維護等。無(wú)線(xiàn)變送器的I/O點(diǎn)及測量參數、狀態(tài)參數都在Experion ^® HMIWeb Display Builder中顯示為 native Experion ^® points，而無(wú)需組建SCADA點(diǎn)或OPC參數。在Experion ^® System Status中也可以監視無(wú)線(xiàn)設備、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)及移動(dòng)工作站的狀態(tài)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據完全集成在Experion?數據庫中。

    7 總結

    霍尼韋爾OneWireless無(wú)線(xiàn)解決方案，針對過(guò)程控制領(lǐng)域的設計，支持同DCS控制系統支持無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)的冗余設計；通訊速度快、通訊時(shí)間滯后短、mesh、DSSS、自組織、自愈合的無(wú)線(xiàn)主干網(wǎng)絡(luò )設計；無(wú)線(xiàn)變送器最快1秒的刷新速度和1秒刷新時(shí)4.5年的電池壽命；以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同DCS控制系統Experion ^® 完全一體化集成等等技術(shù)特征，都支持在過(guò)程控制中應用OneWireless無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案。

     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第四期