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   作者：霍尼韋爾過程控制市場部  王寶寧

   摘要：本文集中介紹霍尼韋爾公司的工業(yè)無線DMZ設(shè)計和無線儀表系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)過與過程控制系統(tǒng)Experion DCS的內(nèi)嵌式集成，帶給用戶更大的價值。實現(xiàn)了一個無線主干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，覆蓋整個裝置區(qū)域，同時支持多種無線應(yīng)用，包括無線變送器（采集溫度、壓力、差壓、液位、模擬量、開關(guān)量、閥位、腐蝕、振動、HART信號等）、移動操作站、無線巡檢、可燃?xì)怏w監(jiān)測和即時定位，以及現(xiàn)場Modbus TCP/IP設(shè)備的無線轉(zhuǎn)接等。

   關(guān)鍵詞：OneWireless； Experion DCS；無線；DMZ；多種無線應(yīng)用；無線儀表

    霍尼韋爾的OneWireless工業(yè)無線控制網(wǎng)絡(luò)可以通過無縫的方式把DCS過程控制網(wǎng)絡(luò)延伸到現(xiàn)場，實現(xiàn)一個統(tǒng)一的無線架構(gòu)，同時支持多種無線應(yīng)用。即可以構(gòu)建慢速的、通訊時間滯后不嚴(yán)格的、單純的無線儀表網(wǎng)絡(luò)；也可以構(gòu)建強(qiáng)大的無線主干網(wǎng)絡(luò)，如無線主干網(wǎng)絡(luò)的帶寬可達(dá)54Mbps或300Mbps，支持快速的過程數(shù)據(jù)采集，如1s，小于250ms的通訊時間滯后，大規(guī)模的應(yīng)用，如數(shù)以千計的無線儀表，支持多種應(yīng)用，遠(yuǎn)距離的無線覆蓋等。

    其特點包括支持以下應(yīng)用：

    無線變送器（電池供電）的使用更加經(jīng)濟(jì)、更加便捷，可以用來采集到更多的過程數(shù)據(jù)，進(jìn)而改善工廠系統(tǒng)控制性能，并且以更低的成本來滿足各種規(guī)定的要求。

    無線可燃?xì)怏w監(jiān)測和人員定位，確保工作人員的安全。

    無線移動操作站，支持無線移動作業(yè)，現(xiàn)場工作人員可以通過無線架構(gòu)無線遠(yuǎn)程訪問DCS過程數(shù)據(jù)及工廠的其它相關(guān)信息。

   無線巡檢，支持工廠運行最佳操作，實現(xiàn)巡檢的電子化、智能化，實現(xiàn)工廠可靠、高效運行。

   無線振動監(jiān)測，提供設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持預(yù)防性維護(hù)。無線腐蝕監(jiān)測，實時監(jiān)測管道和儲罐的腐蝕程度，避免泄露發(fā)生。

   無線視頻監(jiān)控可以確保工廠安全，更為經(jīng)濟(jì)。

   支持遠(yuǎn)程就地控制系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)的無線互連。

    歐洲某用戶在新建項目中，采用了先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計理念，最終選擇了霍尼韋爾公司一體化的過程控制系統(tǒng)Experion DCS和OneWireless工業(yè)無線架構(gòu)，此外還包括Safety Manager、UniSimSimulator/ PHD/ Uniformance Process Studio/ Profit Suite APC/ MES/Operations Management suite、CCTV等。霍尼韋爾 OneWireless 架構(gòu)能夠覆蓋整個廠區(qū)，包括無線變送器、移動操作和無線巡檢、Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g)設(shè)備、自組織的無線主干網(wǎng)絡(luò)。

   為了給用戶帶了最大的價值，實現(xiàn)最佳工程操作實踐，霍尼韋爾在DCS控制系統(tǒng)中創(chuàng)建“Wireless DMZ”區(qū)域，連接到DCS控制系統(tǒng)的L3層的路由器上。Wireless DMZ的安全設(shè)置同Level3.5層的其它DMZ區(qū)域。

   Wireless DMZ區(qū)域從控制室擴(kuò)展到現(xiàn)場就地控制室FAR和現(xiàn)場，連接到現(xiàn)場的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(qū)域支持就地的移動操作設(shè)備、無線巡檢設(shè)備和其它Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g) 設(shè)備訪問DCS系統(tǒng)；支持分布在各個就地控制室現(xiàn)場的多功能節(jié)點Multinode相互無線通訊和同WDM的數(shù)據(jù)通訊。

   現(xiàn)場移動操作終端、無線巡檢手持設(shè)備、可燃?xì)怏w探測設(shè)備等，通過無線主干網(wǎng)絡(luò)和控制室的L3層路由器訪問過程控制系統(tǒng)的上位應(yīng)用，如移動工作站系統(tǒng)的上位服務(wù)器、無線巡檢的服務(wù)器、可燃?xì)怏w監(jiān)測和即時定位的上位服務(wù)器等，實現(xiàn)一個無線架構(gòu)支持多種無線應(yīng)用；而對于無線變送器采集的溫度、壓力、開關(guān)量、模擬量、閥位、HART數(shù)據(jù)、腐蝕、液位等過程數(shù)據(jù)通過WDM及防火墻進(jìn)入控制系統(tǒng)L2層交換機(jī)，直接集成到DCS控制網(wǎng)絡(luò)的L2層，支持實時監(jiān)視和控制。

   無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅僅包括了無線過程儀表，而且包括了與DCS系統(tǒng)內(nèi)嵌式集成的管理平臺，為了實現(xiàn)無線系統(tǒng)的更大價值，還為用戶提供了多種無線應(yīng)用。

   多功能節(jié)點Multinode

   多功能節(jié)點有3根天線，支持下面3個無線應(yīng)用：

   （1）無線主干網(wǎng)絡(luò) (IEEE 802.11a/b/g)，實現(xiàn)多功能節(jié)點相互無線通訊，構(gòu)建自組織、自愈合的無線主干網(wǎng)絡(luò)，這樣的冗余無線通訊，可以擴(kuò)展無線主干網(wǎng)絡(luò)，以覆蓋整個煉廠。

   （2）Wi-Fi移動終端設(shè)備(IEEE 802.11 b/g – 2.4 GHz)：支持如移動操作、無線巡檢、移動電腦等。

   （3）無線變送器 (ISA100.11a – 2.4 GHz)：支持無線變送器采集過程數(shù)據(jù)，并集成到DCS系統(tǒng)中，如C300控制器、Experion服務(wù)器、FDM資產(chǎn)設(shè)備管理平臺等。

   沒有有線連接到Wireless DMZ的多功能節(jié)點，可直接安裝到現(xiàn)場，與其它有線接入Wireless DMZ區(qū)域的多功能節(jié)點相互無線通訊，構(gòu)建無線主干網(wǎng)絡(luò)。多功能節(jié)點必須加入到無線主干網(wǎng)絡(luò)中，要么通過相互無線通訊，要么通過有線連接。而且有線接入能夠更好地改善數(shù)據(jù)集成的速度和通訊帶寬。

   無線管理平臺WDM

   無線管理平臺WDM是集成無線管理軟件工具的服務(wù)器，內(nèi)嵌防火墻，隔離Wireless DMZ區(qū)域和DCS L2層控制網(wǎng)絡(luò)，避免有線控制網(wǎng)絡(luò)對無線網(wǎng)絡(luò)的影響，同時也可以避免無線網(wǎng)絡(luò)中的Wi-Fi移動操作終端設(shè)備訪問L2層控制網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi移動操作終端設(shè)備通過L3層路由器進(jìn)入控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。WDM支持無線網(wǎng)絡(luò)的過程數(shù)據(jù)直接集成到DCS控制系統(tǒng)的控制器（C300）中，通過CDA內(nèi)嵌式通訊或標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，如Modbus TCP、ModbusRTU、OPC A&E和HART等。

   無線變送器 XYR 6000系列

   霍尼韋爾最新一代的無線變送器，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) ；開關(guān)量輸入 (可直接接入3點開關(guān)信號) ；腐蝕 ；溫度；其它還有：手動閥閥位反饋、振動、雷達(dá)液位、HART轉(zhuǎn)接模塊。

   XYR6000無線變送器符合ISA100.11a工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)，支持不同儀表廠家無線儀表的互操作。

   現(xiàn)場移動操作 Mobile Station

   移動操作終端設(shè)備可以在現(xiàn)場通過無線主干網(wǎng)絡(luò)和WirelessDMZ區(qū)域訪問DCS控制系統(tǒng)，操作人員可以在現(xiàn)場巡查并同時訪問DCS過程畫面。移動操作對于提供運行維護(hù)工作的效率，以及在裝置開機(jī)前的回路調(diào)試和靜態(tài)/動態(tài)連調(diào)都非常有用。

   無線巡檢 Field Advisor

   無線巡檢包括一整套軟硬件設(shè)備，支持通過無線架構(gòu)，指導(dǎo)最佳巡檢流程（RFID標(biāo)簽或條形碼標(biāo)簽）、無紙化采集現(xiàn)場就地指示表數(shù)據(jù)、現(xiàn)場操作指導(dǎo)和故障診斷、同控制系統(tǒng)和優(yōu)化軟件平臺的實時數(shù)據(jù)集成、巡檢數(shù)據(jù)分析和報表生成。

   電源需要

   無線架構(gòu)延伸了DCS控制網(wǎng)絡(luò)，并成為其中的一個組成部分。這些無線主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如Multinode、WDM、WirelessDMZ switch都需要UPS系統(tǒng)供電。

   該系統(tǒng)的設(shè)計原則與整個系統(tǒng)的最終架構(gòu)和帶給用戶的價值緊密相關(guān)，無論是無線過程儀表的選擇，還是與DCS系統(tǒng)集成的方式，以及無線主干網(wǎng)絡(luò)和多種應(yīng)用的選擇都是該項目的優(yōu)勢和特點。

   無線儀表的選擇

   選擇用于監(jiān)測、開環(huán)控制的I/O點采用無線儀表來采集；而對于關(guān)鍵控制回路的I/O數(shù)據(jù)、安全停車系統(tǒng)的I/O數(shù)據(jù)仍然采用硬接線的方式。

    數(shù)據(jù)采集速度

    XYR-6000 無線變送器支持的數(shù)據(jù)采集速度可以組態(tài)為1，5，10，或30秒。數(shù)據(jù)采集速度越快，電池壽命越短，如1秒刷新時常溫下電池壽命4.5年，常溫下5秒刷新時為10年。一般工程溫度條件下，1秒刷新時可以確保3～4年的使用壽命。該項目用于監(jiān)測的I/O點所采用的無線變送器設(shè)定5秒的刷新速度。

   同DCS的數(shù)據(jù)集成

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

   Experion C300控制器通過各就地控制室的WDM獲取現(xiàn)場無線儀表的過程數(shù)據(jù)。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(nèi)嵌式通訊，比Modbus master/slave應(yīng)用環(huán)境更簡潔、高效。 Experion PKS 控制模塊可以集成無線儀表的過程數(shù)據(jù)和報警信息，以及實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)存儲。

   無線主干網(wǎng)絡(luò)

   多功能節(jié)點Multinode可以通過有線或無線方式相互構(gòu)建主干網(wǎng)絡(luò)。

   Wi-Fi無線覆蓋

   多功能節(jié)點同時支持Wi-Fi覆蓋，實現(xiàn)一個無線主干網(wǎng)絡(luò)，同時支持無線變送器和Wi-Fi無線設(shè)備，這得益于多功能節(jié)點的多功能設(shè)計。選擇如下區(qū)域，開啟多功能節(jié)點的Wi-Fi功能，支持現(xiàn)場移動操作和無線巡檢。

   區(qū)域劃分

   每個就地控制室所控制區(qū)域的無線儀表都被該區(qū)域的多功能節(jié)點相互無線通訊所覆蓋。多功能節(jié)點盡可能有線接入WirelessDMZ網(wǎng)絡(luò)。每個就地控制室配置足夠數(shù)量的WDM，來管理該區(qū)域的無線變送器。

   總體布置以及各區(qū)域測點的數(shù)量

   在總圖上，標(biāo)注各區(qū)域的無線測點的數(shù)量，根據(jù)測點的集中程度，決定配置多功能節(jié)點Multinode和WDM的數(shù)量。原則是1臺多功能節(jié)點可以帶18臺無線變送器（1秒刷新時）或60臺（5秒刷新時）。

   總結(jié)

   霍尼韋爾工業(yè)無線技術(shù)已經(jīng)給工業(yè)用戶帶來了很多種有價值的應(yīng)用，成為用戶有線控制系統(tǒng)的有益補充和擴(kuò)展。伴隨著霍尼韋爾在過程控制領(lǐng)域的發(fā)展，工業(yè)無線技術(shù)與DCS系統(tǒng)的內(nèi)嵌式集成為用戶提供了更大的系統(tǒng)優(yōu)勢和綜合價值。工業(yè)無線技術(shù)作為DCS控制系統(tǒng)的一部分，不僅僅將無線儀表系統(tǒng)以無縫的方式集成到上位系統(tǒng)中，而且提供了多種無線應(yīng)用，為工廠的優(yōu)化運行，最佳操作實踐和人員安全等領(lǐng)域帶來了更大的價值。