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   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DMZ設(shè)計(jì)和無(wú)線儀表系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)過(guò)與過(guò)程控制系統(tǒng)Experion DCS的內(nèi)嵌式集成，帶給用戶更大的價(jià)值。實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，覆蓋整個(gè)裝置區(qū)域，同時(shí)支持多種無(wú)線應(yīng)用，包括無(wú)線變送器（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(hào)等）、移動(dòng)操作站、無(wú)線巡檢、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)和即時(shí)定位，以及現(xiàn)場(chǎng)Modbus TCP/IP設(shè)備的無(wú)線轉(zhuǎn)接等。

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

    霍尼韋爾的OneWireless工業(yè)無(wú)線控制網(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(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)統(tǒng)一的無(wú)線架構(gòu)，同時(shí)支持多種無(wú)線應(yīng)用。即可以構(gòu)建慢速的、通訊時(shí)間滯后不嚴(yán)格的、單純的無(wú)線儀表網(wǎng)絡(luò)；也可以構(gòu)建強(qiáng)大的無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)，如無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)的帶寬可達(dá)54Mbps或300Mbps，支持快速的過(guò)程數(shù)據(jù)采集，如1s，小于250ms的通訊時(shí)間滯后，大規(guī)模的應(yīng)用，如數(shù)以千計(jì)的無(wú)線儀表，支持多種應(yīng)用，遠(yuǎn)距離的無(wú)線覆蓋等。

    其特點(diǎn)包括支持以下應(yīng)用：

    無(wú)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(lái)采集到更多的過(guò)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(lái)滿足各種規(guī)定的要求。

    無(wú)線可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)和人員定位，確保工作人員的安全。

    無(wú)線移動(dòng)操作站，支持無(wú)線移動(dòng)作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以通過(guò)無(wú)線架構(gòu)無(wú)線遠(yuǎn)程訪問(wèn)DCS過(guò)程數(shù)據(jù)及工廠的其它相關(guān)信息。

   無(wú)線巡檢，支持工廠運(yùn)行最佳操作，實(shí)現(xiàn)巡檢的電子化、智能化，實(shí)現(xiàn)工廠可靠、高效運(yùn)行。

   無(wú)線振動(dòng)監(jiān)測(cè)，提供設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持預(yù)防性維護(hù)。無(wú)線腐蝕監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道和儲(chǔ)罐的腐蝕程度，避免泄露發(fā)生。

   無(wú)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(wú)線互連。

    歐洲某用戶在新建項(xiàng)目中，采用了先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，最終選擇了霍尼韋爾公司一體化的過(guò)程控制系統(tǒng)Experion DCS和OneWireless工業(yè)無(wú)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(gè)廠區(qū)，包括無(wú)線變送器、移動(dòng)操作和無(wú)線巡檢、Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g)設(shè)備、自組織的無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)。

   為了給用戶帶了最大的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)最佳工程操作實(shí)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(chǎng)就地控制室FAR和現(xiàn)場(chǎng)，連接到現(xiàn)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(qū)域支持就地的移動(dòng)操作設(shè)備、無(wú)線巡檢設(shè)備和其它Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g) 設(shè)備訪問(wèn)DCS系統(tǒng)；支持分布在各個(gè)就地控制室現(xiàn)場(chǎng)的多功能節(jié)點(diǎn)Multinode相互無(wú)線通訊和同WDM的數(shù)據(jù)通訊。

   現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)操作終端、無(wú)線巡檢手持設(shè)備、可燃?xì)怏w探測(cè)設(shè)備等，通過(guò)無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)和控制室的L3層路由器訪問(wèn)過(guò)程控制系統(tǒng)的上位應(yīng)用，如移動(dòng)工作站系統(tǒng)的上位服務(wù)器、無(wú)線巡檢的服務(wù)器、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)和即時(shí)定位的上位服務(wù)器等，實(shí)現(xiàn)一個(gè)無(wú)線架構(gòu)支持多種無(wú)線應(yīng)用；而對(duì)于無(wú)線變送器采集的溫度、壓力、開(kāi)關(guān)量、模擬量、閥位、HART數(shù)據(jù)、腐蝕、液位等過(guò)程數(shù)據(jù)通過(guò)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(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。

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

   多功能節(jié)點(diǎn)Multinode

   多功能節(jié)點(diǎn)有3根天線，支持下面3個(gè)無(wú)線應(yīng)用：

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

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

   （3）無(wú)線變送器 (ISA100.11a – 2.4 GHz)：支持無(wú)線變送器采集過(guò)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(tái)等。

   沒(méi)有有線連接到Wireless DMZ的多功能節(jié)點(diǎn)，可直接安裝到現(xiàn)場(chǎng)，與其它有線接入Wireless DMZ區(qū)域的多功能節(jié)點(diǎn)相互無(wú)線通訊，構(gòu)建無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)。多功能節(jié)點(diǎn)必須加入到無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)中，要么通過(guò)相互無(wú)線通訊，要么通過(guò)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(wú)線管理平臺(tái)WDM

   無(wú)線管理平臺(tái)WDM是集成無(wú)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(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的影響，同時(shí)也可以避免無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的Wi-Fi移動(dòng)操作終端設(shè)備訪問(wèn)L2層控制網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi移動(dòng)操作終端設(shè)備通過(guò)L3層路由器進(jìn)入控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。WDM支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程數(shù)據(jù)直接集成到DCS控制系統(tǒng)的控制器（C300）中，通過(guò)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(wú)線變送器 XYR 6000系列

   霍尼韋爾最新一代的無(wú)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(hào)) ；開(kāi)關(guān)量輸入 (可直接接入3點(diǎn)開(kāi)關(guān)信號(hào)) ；腐蝕 ；溫度；其它還有：手動(dòng)閥閥位反饋、振動(dòng)、雷達(dá)液位、HART轉(zhuǎn)接模塊。

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

   現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)操作 Mobile Station

   移動(dòng)操作終端設(shè)備可以在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)和WirelessDMZ區(qū)域訪問(wèn)DCS控制系統(tǒng)，操作人員可以在現(xiàn)場(chǎng)巡查并同時(shí)訪問(wèn)DCS過(guò)程畫(huà)面。移動(dòng)操作對(duì)于提供運(yùn)行維護(hù)工作的效率，以及在裝置開(kāi)機(jī)前的回路調(diào)試和靜態(tài)/動(dòng)態(tài)連調(diào)都非常有用。

   無(wú)線巡檢 Field Advisor

   無(wú)線巡檢包括一整套軟硬件設(shè)備，支持通過(guò)無(wú)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(wú)紙化采集現(xiàn)場(chǎng)就地指示表數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)操作指導(dǎo)和故障診斷、同控制系統(tǒng)和優(yōu)化軟件平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成、巡檢數(shù)據(jù)分析和報(bào)表生成。

   電源需要

   無(wú)線架構(gòu)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(jì)原則與整個(gè)系統(tǒng)的最終架構(gòu)和帶給用戶的價(jià)值緊密相關(guān)，無(wú)論是無(wú)線過(guò)程儀表的選擇，還是與DCS系統(tǒng)集成的方式，以及無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)和多種應(yīng)用的選擇都是該項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

   無(wú)線儀表的選擇

   選擇用于監(jiān)測(cè)、開(kāi)環(huán)控制的I/O點(diǎn)采用無(wú)線儀表來(lái)采集；而對(duì)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(wú)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(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(xiàng)目用于監(jiān)測(cè)的I/O點(diǎn)所采用的無(wú)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(gè)項(xiàng)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(guò)各就地控制室的WDM獲取現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線儀表的過(guò)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(jiǎn)潔、高效。 Experion PKS 控制模塊可以集成無(wú)線儀表的過(guò)程數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，以及實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

   無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)

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

   Wi-Fi無(wú)線覆蓋

   多功能節(jié)點(diǎn)同時(shí)支持Wi-Fi覆蓋，實(shí)現(xiàn)一個(gè)無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)支持無(wú)線變送器和Wi-Fi無(wú)線設(shè)備，這得益于多功能節(jié)點(diǎn)的多功能設(shè)計(jì)。選擇如下區(qū)域，開(kāi)啟多功能節(jié)點(diǎn)的Wi-Fi功能，支持現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)操作和無(wú)線巡檢。

   區(qū)域劃分

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

   總體布置以及各區(qū)域測(cè)點(diǎn)的數(shù)量

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

   總結(jié)

   霍尼韋爾工業(yè)無(wú)線技術(shù)已經(jīng)給工業(yè)用戶帶來(lái)了很多種有價(jià)值的應(yīng)用，成為用戶有線控制系統(tǒng)的有益補(bǔ)充和擴(kuò)展。伴隨著霍尼韋爾在過(guò)程控制領(lǐng)域的發(fā)展，工業(yè)無(wú)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(shì)和綜合價(jià)值。工業(yè)無(wú)線技術(shù)作為DCS控制系統(tǒng)的一部分，不僅僅將無(wú)線儀表系統(tǒng)以無(wú)縫的方式集成到上位系統(tǒng)中，而且提供了多種無(wú)線應(yīng)用，為工廠的優(yōu)化運(yùn)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。