江天生 男，清華大學(xué)工商管理碩士，霍尼韋爾（中國(guó)）有限公司中國(guó)區(qū)無(wú)線產(chǎn)品業(yè)務(wù)經(jīng)理，研究方向?yàn)闊o(wú)線技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和技術(shù)特點(diǎn)，以及無(wú)線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

    摘要：本文闡述了OneWireless無(wú)線技術(shù)方案，支持過(guò)程控制的無(wú)線應(yīng)用。針對(duì)過(guò)程控制領(lǐng)域設(shè)計(jì)的OneWireless無(wú)線方案具備以下技術(shù)特征：支持同DCS控制系統(tǒng)支持無(wú)線網(wǎng)關(guān)的冗余設(shè)計(jì)；通訊速度快、通訊時(shí)間滯后短、mesh、DSSS、自組織、自愈合的無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；無(wú)線變送器最快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)線網(wǎng)絡(luò)同DCS控制系統(tǒng)Experion?完全一體化集成等等。

    關(guān)鍵詞：OneWireless；無(wú)線過(guò)程控制應(yīng)用；無(wú)線變送器；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)線解決方案，符合ISA100工業(yè)無(wú)線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。On eWireelss具備的技術(shù)特點(diǎn)，支持把OneWireless工業(yè)無(wú)線架構(gòu)應(yīng)用在過(guò)程控制領(lǐng)域。

    這些特點(diǎn)如下：（1）OneWireless無(wú)線架構(gòu)已經(jīng)具備整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的冗余設(shè)計(jì)，支持無(wú)線網(wǎng)關(guān)的冗余設(shè)計(jì)；（2）無(wú)線網(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)線變送器最快可以設(shè)定1秒的刷新速度，未來(lái)可以支持250毫秒；（5）無(wú)線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(dá)到4.5年，保證了無(wú)線技術(shù)應(yīng)用于工廠的控制環(huán)節(jié)中長(zhǎng)期供電；（6）隔爆的無(wú)線變送器確保應(yīng)用場(chǎng)合的安全；（7）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)同DCS控制系統(tǒng)完全一體化集成、支持通過(guò)DCS控制系統(tǒng)內(nèi)嵌工具對(duì)無(wú)線I/O點(diǎn)直接建點(diǎn)和建立控制策略；（8）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)支持通過(guò)DCS控制系統(tǒng)的內(nèi)嵌工具對(duì)無(wú)線設(shè)備進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)視、診斷和遠(yuǎn)程組態(tài)、校驗(yàn)等等。

    霍尼韋爾的OneWireless工業(yè)無(wú)線解決方案，是由多功能節(jié)點(diǎn)（Multinode）構(gòu)建一個(gè)通訊速度非常快的無(wú)線Mesh主干網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線變送器可以自動(dòng)選擇與任何一個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通訊。整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自組織、自愈合、冗余網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)、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)線通訊能夠達(dá)到工業(yè)等級(jí)的可靠性和安全。最多可以有40個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)都可以同時(shí)作為網(wǎng)關(guān)有線接入控制系統(tǒng)，中間配置無(wú)線防火墻。每個(gè)網(wǎng)關(guān)都可以配置冗余的網(wǎng)關(guān)。

    當(dāng)OneWireless無(wú)線網(wǎng)絡(luò)同第三方DCS控制系統(tǒng)或PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)集成時(shí)，無(wú)線網(wǎng)關(guān)同上位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成采用標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)PKS Experion?（R311.2及以上版本）進(jìn)行數(shù)據(jù)集成時(shí)，完全一體化、內(nèi)嵌集成。

    1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)同Experion?控制系統(tǒng)完全一體化數(shù)據(jù)集成，通過(guò)CDA peer to peer點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊

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

    無(wú)線變送器的I/O點(diǎn)及測(cè)量參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)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(shù)。在Experion? System Status中也可以監(jiān)視無(wú)線設(shè)備、無(wú)線網(wǎng)關(guān)及移動(dòng)工作站的狀態(tài)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完全集成在Experion?數(shù)據(jù)庫(kù)中。
                    
    用戶通過(guò)控制系統(tǒng)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)線標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線變送器和無(wú)線移動(dòng)工作站、無(wú)線CCTV等 Wi-Fi無(wú)線設(shè)備集成到DCS控制系統(tǒng)中。

    OneWireless無(wú)線網(wǎng)關(guān)和Experion? Server之間通過(guò)peer to peer 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)CDA通訊，用戶可以使用Experion? Configuration Studio中的內(nèi)嵌工具增加無(wú)線I/O點(diǎn)，對(duì)無(wú)線設(shè)備進(jìn)行在線組態(tài)、診斷和調(diào)試，非常方便。現(xiàn)場(chǎng)操作人員和維護(hù)人員可以安全的把移動(dòng)工作站、無(wú)線CCTV等Wi-Fi無(wú)線設(shè)備接入DCS控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊和集成。控制網(wǎng)絡(luò)無(wú)線延伸到現(xiàn)場(chǎng)以及OneWireless同Experion?的完全內(nèi)嵌集成能夠?yàn)橛脩魩?lái)如下優(yōu)勢(shì)：

    減少I(mǎi)SA100無(wú)線儀表的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間；

    利用Experion?控制系統(tǒng)得診斷和維護(hù)工具，降低維護(hù)費(fèi)用；

    利用現(xiàn)有的Experion?應(yīng)用工具，減少培訓(xùn)費(fèi)用和時(shí)間；

    利用Expeiron?內(nèi)置的冗余設(shè)計(jì)，改善整個(gè)系統(tǒng)的安全水平；

    擴(kuò)展無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，冗余設(shè)計(jì)、安全可靠。

    2 從Experion? Configuration Studio管理無(wú)線設(shè)備

    Experion 用戶可以直接從Experion? Configuration Studio管理無(wú)線設(shè)備，無(wú)需專(zhuān)用的無(wú)線工作站PC，可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

    組態(tài)和管理無(wú)線設(shè)備(無(wú)線變送器和無(wú)線網(wǎng)關(guān))；

    生成和管理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全，以及對(duì)無(wú)線設(shè)備的授權(quán)；

    無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和診斷。

    3 減少無(wú)線設(shè)備的組態(tài)時(shí)間

    在PKS Experion?控制系統(tǒng)中，無(wú)線網(wǎng)關(guān)Experion^®拓?fù)浼軜?gòu)中完全一體化的組成部分，支持無(wú)線設(shè)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(duì)點(diǎn)通訊。這種完全一體化集成減少了管理無(wú)線設(shè)備所需的時(shí)間。用戶可以通過(guò)Experion? Control Builder管理 (添加、組態(tài)、修改)無(wú)線I/O點(diǎn)，包括建立控制策略。通過(guò)鼠標(biāo)拖拉可以簡(jiǎn)單、快速、透明的為ISA100 無(wú)線設(shè)備和 Experion?控制器功能塊之間建立通訊。

                    
    人機(jī)界面顯示 HMIWeb Display

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

    系統(tǒng)狀態(tài)顯示 System Status Display

    無(wú)線變送器、無(wú)線網(wǎng)關(guān)及其它符合ISA100 標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線設(shè)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(yīng)用在過(guò)程控制的工業(yè)無(wú)線架構(gòu)，內(nèi)置的冗余設(shè)計(jì)，確保集成到控制的數(shù)據(jù)和信息的可靠性和安全性，如下圖所示：
 
                     

    ① 霍尼韋爾無(wú)線變送器，冗余的通訊設(shè)計(jì)（dual-cas ttechnology），支持同時(shí)與2個(gè)多功能節(jié)點(diǎn)無(wú)線通訊，自組織、自愈合；

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

    ③ 無(wú)線網(wǎng)關(guān)可以冗余配置；

    ④ 同控制系統(tǒng)Experion? 的完全一體化集成，充分利用Experion ^® 控制系統(tǒng)內(nèi)置的冗余設(shè)計(jì)，如 Fault Tolerant Ethernet(FTE)控制網(wǎng)絡(luò)、冗余servers等，確保數(shù)據(jù)的無(wú)縫式集成。OneWireless無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完全集成在Experion?控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

    5 數(shù)據(jù)集成

    在同控制系統(tǒng)Experion ^® R311.2進(jìn)行數(shù)據(jù)集成時(shí)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)過(guò)程數(shù)據(jù)直接接入Experion ^® 控制系統(tǒng)的 L2層過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線網(wǎng)關(guān)有線接入L2層的FTE交換機(jī)，無(wú)線網(wǎng)關(guān)和L2 FTE交換機(jī)之間配置OneWireless無(wú)線防火墻，保護(hù)Experion?控制網(wǎng)絡(luò)和OneWireless無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，阻隔不必要的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴和垃圾信息。無(wú)線防火墻是預(yù)組態(tài)、即插即用，只允許無(wú)線過(guò)程數(shù)據(jù)和組態(tài)數(shù)據(jù)雙向通過(guò)，其它數(shù)據(jù)如 OneWireless無(wú)線架構(gòu)所支持的視頻、移動(dòng)工作站數(shù)據(jù)通過(guò)L3.5層集成到控制系統(tǒng)當(dāng)中。
   
                        

    6 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的管理：對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的管理完全內(nèi)嵌于DCS控制系統(tǒng)工具中

    無(wú)線管理平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通訊診斷：用來(lái)管理和診斷無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的無(wú)線電通訊狀況（如無(wú)線電信號(hào)強(qiáng)弱）；圖形功能界面支持以圖形方式來(lái)監(jiān)視無(wú)線電通訊的狀態(tài)和無(wú)線通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；（2）支持對(duì)無(wú)線變送器的遠(yuǎn)程在線組態(tài)或維護(hù)；（3）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一安全管理。

    這些功能完全內(nèi)嵌和集成在Experion?控制系統(tǒng)的Experion ^® Configuration Studio和Control Builder中。如前所述，用戶可以通過(guò)Experion ^® Configuration Studio中一體化內(nèi)嵌工具，方便的增減無(wú)線I/O點(diǎn)、建立控制策略，組態(tài)、監(jiān)視無(wú)線設(shè)備；實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全管理；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通訊診斷、維護(hù)等。無(wú)線變送器的I/O點(diǎn)及測(cè)量參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)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(shù)。在Experion ^® System Status中也可以監(jiān)視無(wú)線設(shè)備、無(wú)線網(wǎng)關(guān)及移動(dòng)工作站的狀態(tài)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完全集成在Experion?數(shù)據(jù)庫(kù)中。

    7 總結(jié)

    霍尼韋爾OneWireless無(wú)線解決方案，針對(duì)過(guò)程控制領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，支持同DCS控制系統(tǒng)支持無(wú)線網(wǎng)關(guān)的冗余設(shè)計(jì)；通訊速度快、通訊時(shí)間滯后短、mesh、DSSS、自組織、自愈合的無(wú)線主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；無(wú)線變送器最快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)線網(wǎng)絡(luò)同DCS控制系統(tǒng)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(yīng)用OneWireless無(wú)線技術(shù)方案。

     摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第四期