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Honeywell One Wireless工业无线主干网络的设备构成、特点及在中(2)

时间:2017-02-26 09:31  来源:自动控制网

整个无线网络信号传送是依靠节点路由来实现的，无线变送器本身选择路由功能时，需要消耗额外的电池能量，所以电池的寿命比较短，网络的通讯时间滞后较大，无线变送器通讯速度较慢，从而无线变送器的刷新速度不可能做到很快。当无线变送器本身不选择路由功能时，可采用多功能节点路由方案，此时无线变送器的刷新速度快，电池的寿命长。 2.1 现场设备接入点 现场设备接入点FDAP（Field Device Access Point）（见图3）仅支持ISA100无线变送器的无线通讯，设置路由功能的无线现场仪表不仅可以无线传输自己的数据，也可以为相邻的无线现场仪表进行无线路由，并最终通过FDAP或多功能节点作为网关同有线控制网络连接，实现数据集成。现场设备接入点采用双天线结构设计，确保mesh多路径通讯环境时无线数据可靠性；在现场设备接入点之间或同无线现场仪表之间的无线通讯距离为450m。                                            图3  现场设备接入点 2.2 多功能节点 一个或多个多功能节点（Multinode）（见图4）构建无线Mesh主干网络，现场无线变送器可以自动选择与任何一个多功能节点进行无线通讯。                                                   图4  多功能节点 Mesh主干网络支持多种应用，不仅支持同无线变送器的无线通讯，还支持移动工作站、无线视频监视、无线读表器、无线语音通话等等，同时支持现场Ethernet设备的无线转接，即现场的第3方设备可以直接有线接入多功能节点从而进入无线网络，或者配置无线转接模块同多功能节点无线通讯。 每一个多功能节点都可以同时作为网关或配置冗余网关同DCS、PLC进行数据集成，两个10/100Mbps以太网通讯口可以同时接在一个交换机上，用于控制系统的通讯：Modbus、TCP/IP、OPC，或用于多功能节点之间的有线互联，或用于转接Modbus、RTU、TCP/IP设备进入无线网络。 在现场变送器与多功能节点之间的传感器网络采用了SP100协议，而多功能节点之间以及Experion 移动工作站、标签扫描仪等现场设备与多功能节点之间的网状网络采用Wi-Fi（802.11X）协议。 变送器同多功能节点之间的通讯距离为610m（采用高增益天线时为3~4km），2个多功能节点之间的通讯距离为1km（采用高增益天线时为10km）。 多功能节点可以安装在危险环境中，如Class 1 Division 2或Class 1 Division 1，防护等级IP66，多功能节点由外部24V 0.5A直流供电。 2.3 无线管理平台 无线管理平台(WDM)管理所有的无线现场设备，如ISA100.11a无线变送器、现场设备接入点FDAP和多功能节点等无线网络设备。WDM承担无线现场仪表网络网关、系统管理器以及安全管理器的角色，他用于初始化无线设备的组态，并存储组态无线设备所需的无线网络系统数据。他实现无线现场仪表网络的安全管理，生成、发布和管理所有现场设备加入无线安全网络所需的安全密钥。它还提供Modbus、HART、OPC和专有协议等数据集成通讯接口，实现无线网络数据同DCS控制系统的数据集成。 一个无线网络最多可支持40个现场设备接入点FDAP和多功能节点，根据选择刷新速度的不同，总计支持的无线变送器台数可达800（1秒刷新时）-3200（>1秒刷新时），可见一个无线管理平台的规模能够做到很大。 Honeywell OneWireless工业无线技术的特点 与其他类型的工业无线技术相比，Honeywell OneWireless具有如下特点： 1、一个无线平台支持多种应用，如过程参数的监控、安全视频监视、流动作业、移动设备的即时定位、管道腐蚀监测、设备状态诊断(如振动、转速、位移)等等； 2、一个无线平台支持多种通讯协议，可以支持HART、Profibus、FF、Modbus(Serial和TCP)以及OPC等多个协议； 3、无线网络来连接的现场设备种类齐全，不仅有HART设备，还有4~20mA模拟设备、热电偶、热电阻、阀位、DI、DO，甚至还可以通过无线读表器连接就地显示圆形刻度盘的压力表、真空表、温度计，扩展了无线解决方案涉及的产品系列； 4、无线网络来连接的现场设备参数除了包括常见的压力、流量、温度、物位外，还包括管道腐蚀监测、设备状态诊断(如振动、转速、位移)等特殊参数； 5、现场无线仪表的刷新速度快，目前可以设定为1s，未来可以达到0.25s，从而为无线传送的参数用于重要场合的闭环调节控制创造了条件； 6、传输距离远，变送器同多功能节点之间的通讯距离为610m~4km，2个多功能节点之间的通讯距离为1km~10km，因此一个网络的覆盖面积可以达到数十平方公里； 7、现场无线仪表电池的使用时间可以达到4.5年以上； 8、扩展方便，规模可大可小，刷新速度1秒时现场无线设备为800台，刷新速度30秒时现场无线设备为3200台； 9、支持移动设备如移动工作站、IntelaTrac PKS无线手持巡检设备（现场人员手持设备，可以通过无线网络自动收集现场数据，执行资产智能管理）； 10、通过XYR400E无线转接模块可以无线转接如下协议的第3方设备：RS232、RS485、Ethernet，第3方设备如PLC、分析仪、照相机、报警盘等。 Honeywell OneWireless系统在中国的应用 1、中石化镇海炼化8公里乙烯运输管线 中石化镇海炼化计划修建一条低温乙烯运输管线，总长约7650m，连接装卸码头和低温罐区。乙烯运输温度要求为-150℃至-100℃。为确保管线运输正常工作，需要对管线温度实时监测。管线两端约500m各有一个温度测点，其他5个测点分布为平均每隔1km一个温度测点，共有7个温度测点（其中2个温度测点为有线温度变送器，5个测点采用无线温度变送器）。管线温度数据要求传输至低温罐区控制室DCS控制系统实现集中、实时监测。如果采用常规的有线方案，数公里外的温度信号传输至DCS控制室，信号衰减已经非常弱，不能正常测量。采用其他方案也存在设备昂贵、工程实施困难、后期维护费用高等问题。 采用Honeywell公司的One Wireless工业无线解决方案，无需安装电缆、桥架和接线，非常容易就可以实现对乙烯管线的监测。系统配置如下： 多功能节点，3台；无线温度变送器，5台；有线温度变送器，2台；热电阻，7支；无线管理平台，软件25点；工作站，DELL D630；无线网络授权设备，XSK00 安装在管线上的无线温度变送器同多功能节点进行无线通讯，4台多功能节点之间无线通讯构建mesh无线主干网，位于低温罐区的多功能节点M1作为网关，把所有数据同时传输至罐区DCS控制系统，采用Modbus RS485 同控制系统数据集成，乙烯运输管线无线通讯系统示意图见图5，图中，M1-M3为多功能节点，T1-T7为无线或有线温度变送器。                                                图5  乙烯运输管线无线通讯示意图 无线网络通过多功能节点M1以用Modbus RS485接口同DCS控制系统数据集成，无线管理平台，安装在罐区控制室，完成如下功能：可视化监测无线网络的通讯状态；支持无线变送器在线远程组态；负责无线网络的诊断和安全管理。 2、中石油西固油库 中石油西北销售公司西固油库改造项目中，要求做到以下几点：在罐区增加输油管路压力测点；需要支持员工在铁路栈桥作业时，能够实时获取控制系统的数据和实时录入装车数据和信息；需要实时获取远离控制室的北滩油库数据，实现数据共享。 Honeywell为该项目提供无线设备包括：5台多功能节点、20台无线压力变送器、4台移动工作站/RESS Server、无线管理平台。 Honeywell还为该项目提供PKS控制系统，实现库存管理系统、油品移动系统、公路自动付油系统、铁路定量装车系统、订单管理系统、在线设备管理系统、CCTV监控系统、无线通讯及广播系统、门禁系统和绩效管理系统。 通过5个多功能节点构建的无线网络架构同时支持3个无线应用： ① 支持4个移动工作站，实现现场移动作业，实时浏览PKS控制系统画面、组态、报表、报警等，以及输入铁路装卸站台的过程数据； ② 支持同30台无线压力变送器的通讯和过程数据监测； ③ 用Modbus TCP将无线网络有线接入北滩油库计量PLC控制系统和西固油库PKS控制系统。 西固油库无线通讯结构见图6。                                                     图6  西固油库无线通讯示意图 无线技术将过程自动化延伸到了控制室之外。Honeywell的移动工作站是第一款实现无线移动生产的解决方案，该方案将关键过程信息、历史数据、图片以及其他关键功能的获取范畴进一步延伸到了现场。                                                      图7  移动工作站 移动工作站高效移动解决方案，支持在现场移动作业。经认证可以用于危险环境的耐用型移动工作站，支持工作人员在铁路装卸码头现场通过无线的方式访问Experion PKS SCADA控制系统的关键过程参数、历史数据、图形、过程画面、维护信息和其它重要数据（见图7），也可以直接输入过程参数。通过移动工作站，运行入员可以在现场实时了解现场操作对生产过程的影响。 无线变送器可以自动选择同多功能节点M2、M3、M4或M1进行无线通讯，多功能节点之间无线通讯构建mesh无线主干网，位于控制室附近的多功能节点M1作为网关，把所有数据传输至PKS控制系统，进行数据集成。北滩油库计量系统现场附近安装一个多功能节点M5，有线接入北滩油库计量系统。M5可以通过无线骨干网络通讯，将数据传至无线网关M1，实现同西固油库控制系统的数据集成，从而使北滩油库PLC计量系统的数据以无线方式采集到PKS控制系统。 4、重庆锦湖化工厂回转窑 重庆锦湖化工厂worlsey回转窑上有多个测温点，以往采用滑环的方式从转动的窑体上引出测温信号，由于接触不好，信号不稳定，影响测温效果，故采用无线方案。16台无线温度变送器自动选择同多功能节点M1、M2进行无线通讯，位于控制室附近的多功能节点M1作为网关，把所有数据传输至控制系统及无线管理平台，进行数据集成。