霍尼韦尔中国公司

   作者：霍尼韦尔过程控制市场部  王宝宁

   摘要：本文集中介绍霍尼韦尔公司的工业无线DMZ设计和无线仪表系统的应用经过与过程控制系统Experion DCS的内嵌式集成，带给用户更大的价值。实现了一个无线主干网络架构，覆盖整个装置区域，同时支持多种无线应用，包括无线变送器（采集温度、压力、差压、液位、模拟量、开关量、阀位、腐蚀、振动、HART信号等）、移动操作站、无线巡检、可燃气体监测和即时定位，以及现场Modbus TCP/IP设备的无线转接等。

   关键词：OneWireless； Experion DCS；无线；DMZ；多种无线应用；无线仪表

    霍尼韦尔的OneWireless工业无线控制网络可以通过无缝的方式把DCS过程控制网络延伸到现场，实现一个统一的无线架构，同时支持多种无线应用。即可以构建慢速的、通讯时间滞后不严格的、单纯的无线仪表网络；也可以构建强大的无线主干网络，如无线主干网络的带宽可达54Mbps或300Mbps，支持快速的过程数据采集，如1s，小于250ms的通讯时间滞后，大规模的应用，如数以千计的无线仪表，支持多种应用，远距离的无线覆盖等。

    其特点包括支持以下应用：

    无线变送器（电池供电）的使用更加经济、更加便捷，可以用来采集到更多的过程数据，进而改善工厂系统控制性能，并且以更低的成本来满足各种规定的要求。

    无线可燃气体监测和人员定位，确保工作人员的安全。

    无线移动操作站，支持无线移动作业，现场工作人员可以通过无线架构无线远程访问DCS过程数据及工厂的其它相关信息。

   无线巡检，支持工厂运行最佳操作，实现巡检的电子化、智能化，实现工厂可靠、高效运行。

   无线振动监测，提供设备的状态数据，支持预防性维护。无线腐蚀监测，实时监测管道和储罐的腐蚀程度，避免泄露发生。

   无线视频监控可以确保工厂安全，更为经济。

   支持远程就地控制系统和中央控制系统的无线互连。

    欧洲某用户在新建项目中，采用了先进的系统设计理念，最终选择了霍尼韦尔公司一体化的过程控制系统Experion DCS和OneWireless工业无线架构，此外还包括Safety Manager、UniSimSimulator/ PHD/ Uniformance Process Studio/ Profit Suite APC/ MES/Operations Management suite、CCTV等。霍尼韦尔 OneWireless 架构能够覆盖整个厂区，包括无线变送器、移动操作和无线巡检、Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g)设备、自组织的无线主干网络。

   为了给用户带了最大的价值，实现最佳工程操作实践，霍尼韦尔在DCS控制系统中创建“Wireless DMZ”区域，连接到DCS控制系统的L3层的路由器上。Wireless DMZ的安全设置同Level3.5层的其它DMZ区域。

   Wireless DMZ区域从控制室扩展到现场就地控制室FAR和现场，连接到现场的Multinode或WDM上，可以借助于主控制室和各就地控制室的光纤通讯网络。Wireless DMZ区域支持就地的移动操作设备、无线巡检设备和其它Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g) 设备访问DCS系统；支持分布在各个就地控制室现场的多功能节点Multinode相互无线通讯和同WDM的数据通讯。

   现场移动操作终端、无线巡检手持设备、可燃气体探测设备等，通过无线主干网络和控制室的L3层路由器访问过程控制系统的上位应用，如移动工作站系统的上位服务器、无线巡检的服务器、可燃气体监测和即时定位的上位服务器等，实现一个无线架构支持多种无线应用；而对于无线变送器采集的温度、压力、开关量、模拟量、阀位、HART数据、腐蚀、液位等过程数据通过WDM及防火墙进入控制系统L2层交换机，直接集成到DCS控制网络的L2层，支持实时监视和控制。

   无线网络系统不仅仅包括了无线过程仪表，而且包括了与DCS系统内嵌式集成的管理平台，为了实现无线系统的更大价值，还为用户提供了多种无线应用。

   多功能节点Multinode

   多功能节点有3根天线，支持下面3个无线应用：

   （1）无线主干网络 (IEEE 802.11a/b/g)，实现多功能节点相互无线通讯，构建自组织、自愈合的无线主干网络，这样的冗余无线通讯，可以扩展无线主干网络，以覆盖整个炼厂。

   （2）Wi-Fi移动终端设备(IEEE 802.11 b/g – 2.4 GHz)：支持如移动操作、无线巡检、移动电脑等。

   （3）无线变送器 (ISA100.11a – 2.4 GHz)：支持无线变送器采集过程数据，并集成到DCS系统中，如C300控制器、Experion服务器、FDM资产设备管理平台等。

   没有有线连接到Wireless DMZ的多功能节点，可直接安装到现场，与其它有线接入Wireless DMZ区域的多功能节点相互无线通讯，构建无线主干网络。多功能节点必须加入到无线主干网络中，要么通过相互无线通讯，要么通过有线连接。而且有线接入能够更好地改善数据集成的速度和通讯带宽。

   无线管理平台WDM

   无线管理平台WDM是集成无线管理软件工具的服务器，内嵌防火墙，隔离Wireless DMZ区域和DCS L2层控制网络，避免有线控制网络对无线网络的影响，同时也可以避免无线网络中的Wi-Fi移动操作终端设备访问L2层控制网络。Wi-Fi移动操作终端设备通过L3层路由器进入控制网络架构。WDM支持无线网络的过程数据直接集成到DCS控制系统的控制器（C300）中，通过CDA内嵌式通讯或标准通讯协议，如Modbus TCP、ModbusRTU、OPC A&E和HART等。

   无线变送器 XYR 6000系列

   霍尼韦尔最新一代的无线变送器，由电池供电：

   压力：AP/GP/DP ；

   模拟量输入 (可以直接接入电压/电流信号) ；开关量输入 (可直接接入3点开关信号) ；腐蚀 ；温度；其它还有：手动阀阀位反馈、振动、雷达液位、HART转接模块。

   XYR6000无线变送器符合ISA100.11a工业无线标准，支持不同仪表厂家无线仪表的互操作。

   现场移动操作 Mobile Station

   移动操作终端设备可以在现场通过无线主干网络和WirelessDMZ区域访问DCS控制系统，操作人员可以在现场巡查并同时访问DCS过程画面。移动操作对于提供运行维护工作的效率，以及在装置开机前的回路调试和静态/动态连调都非常有用。

   无线巡检 Field Advisor

   无线巡检包括一整套软硬件设备，支持通过无线架构，指导最佳巡检流程（RFID标签或条形码标签）、无纸化采集现场就地指示表数据、现场操作指导和故障诊断、同控制系统和优化软件平台的实时数据集成、巡检数据分析和报表生成。

   电源需要

   无线架构延伸了DCS控制网络，并成为其中的一个组成部分。这些无线主干网络设备，如Multinode、WDM、WirelessDMZ switch都需要UPS系统供电。

   该系统的设计原则与整个系统的最终架构和带给用户的价值紧密相关，无论是无线过程仪表的选择，还是与DCS系统集成的方式，以及无线主干网络和多种应用的选择都是该项目的优势和特点。

   无线仪表的选择

   选择用于监测、开环控制的I/O点采用无线仪表来采集；而对于关键控制回路的I/O数据、安全停车系统的I/O数据仍然采用硬接线的方式。

    数据采集速度

    XYR-6000 无线变送器支持的数据采集速度可以组态为1，5，10，或30秒。数据采集速度越快，电池寿命越短，如1秒刷新时常温下电池寿命4.5年，常温下5秒刷新时为10年。一般工程温度条件下，1秒刷新时可以确保3～4年的使用寿命。该项目用于监测的I/O点所采用的无线变送器设定5秒的刷新速度。

   同DCS的数据集成

   这个项目的系统是基于最新版本的OneWireless™ (R210) 和Experion™ PKS (R400)。

   Experion C300控制器通过各就地控制室的WDM获取现场无线仪表的过程数据。C300和WDM的通讯协议为Modbus TCP，在C300中把WDM组态为Modbus slave即可；或组态成C300 和WDM的CDA内嵌式通讯，比Modbus master/slave应用环境更简洁、高效。 Experion PKS 控制模块可以集成无线仪表的过程数据和报警信息，以及实现历史数据存储。

   无线主干网络

   多功能节点Multinode可以通过有线或无线方式相互构建主干网络。

   Wi-Fi无线覆盖

   多功能节点同时支持Wi-Fi覆盖，实现一个无线主干网络，同时支持无线变送器和Wi-Fi无线设备，这得益于多功能节点的多功能设计。选择如下区域，开启多功能节点的Wi-Fi功能，支持现场移动操作和无线巡检。

   区域划分

   每个就地控制室所控制区域的无线仪表都被该区域的多功能节点相互无线通讯所覆盖。多功能节点尽可能有线接入WirelessDMZ网络。每个就地控制室配置足够数量的WDM，来管理该区域的无线变送器。

   总体布置以及各区域测点的数量

   在总图上，标注各区域的无线测点的数量，根据测点的集中程度，决定配置多功能节点Multinode和WDM的数量。原则是1台多功能节点可以带18台无线变送器（1秒刷新时）或60台（5秒刷新时）。

   总结

   霍尼韦尔工业无线技术已经给工业用户带来了很多种有价值的应用，成为用户有线控制系统的有益补充和扩展。伴随着霍尼韦尔在过程控制领域的发展，工业无线技术与DCS系统的内嵌式集成为用户提供了更大的系统优势和综合价值。工业无线技术作为DCS控制系统的一部分，不仅仅将无线仪表系统以无缝的方式集成到上位系统中，而且提供了多种无线应用，为工厂的优化运行，最佳操作实践和人员安全等领域带来了更大的价值。