漕涇熱電管網(wǎng)計(jì)量監(jiān)測(cè)智能無線技術(shù)解決方案

上海漕涇熱電有限責(zé)任公司 唐榮

漕涇熱電管網(wǎng)計(jì)量監(jiān)測(cè)智能無線技術(shù)解決方案

上海漕涇熱電有限責(zé)任公司 唐榮

上海漕涇熱電有限責(zé)任公司地處上?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)內(nèi)，除發(fā)電外，還為化學(xué)工業(yè)區(qū)內(nèi)的企業(yè)供熱。我公司熱網(wǎng)各計(jì)量站分布在各用戶廠內(nèi)，熱網(wǎng)控制側(cè)測(cè)量點(diǎn)的特點(diǎn)是：距離遠(yuǎn)、分布零散，巡檢需要進(jìn)出用戶廠區(qū)，出入手續(xù)繁雜，這就要求使用現(xiàn)場(chǎng)安裝方便、易擴(kuò)展并有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷處理的能力的現(xiàn)場(chǎng)儀表。Hart基金會(huì)推廣的WirelessHART無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很好的滿足上述要求，因此，現(xiàn)我公司開始著手引進(jìn)WirelessHART無線技術(shù)，并準(zhǔn)備進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)儀表安裝和調(diào)試。本文嘗試對(duì)WirelessHART無線網(wǎng)絡(luò)通訊特點(diǎn)，無線設(shè)備（網(wǎng)關(guān)、無線儀表）、現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)加以分析，以艾默生的智能無線設(shè)備為例，結(jié)合實(shí)際提出在熱電管網(wǎng)中應(yīng)用智能無線技術(shù)解決方案。

1 熱電管網(wǎng)監(jiān)控的特殊性

該公司熱網(wǎng)各計(jì)量站分布在各用戶現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)，目前有26個(gè)計(jì)量站，還在不斷地?cái)U(kuò)展中，客戶對(duì)我公司提供的蒸汽安全性和品質(zhì)提出較高的要求，蒸汽斷供或蒸汽壓力波動(dòng)大將直接影響客戶的安全生產(chǎn)，故計(jì)量站儀表故障需及時(shí)解決，儀表設(shè)備需配在線檢測(cè)功能，以便根據(jù)儀表故障預(yù)警信息，無需進(jìn)入客戶現(xiàn)場(chǎng)即可以遠(yuǎn)程解決儀表故障，提高儀表維護(hù)效率能力。

2 目前熱網(wǎng)控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)及存在的不足

目前熱網(wǎng)系統(tǒng)的26個(gè)計(jì)量站，每個(gè)計(jì)量站單獨(dú)有一臺(tái)控制系統(tǒng),配置PLC和相關(guān)的壓力、溫度等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表，這些儀表多數(shù)為智能儀表，支持HATR協(xié)議，但熱網(wǎng)PLC并不支持HART功能，只能接入4～20mA信號(hào)監(jiān)視過程值，無法進(jìn)一步監(jiān)視儀表的設(shè)備狀態(tài)和遠(yuǎn)程配置，而在整個(gè)控制系統(tǒng)的故障構(gòu)成因素中，儀表故障占據(jù)了極大的比例，熱網(wǎng)系統(tǒng)曾多次出現(xiàn)因儀表故障造成供氣中斷的事故,引起客戶的投訴甚至索賠。鑒于供熱正常的極其重要性。很有必要在線檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。并能夠分析儀表的故障原因和提供相應(yīng)的解決辦法。

3 WirelessHART無線通訊的特點(diǎn)

無線HART是一種專門為過程自動(dòng)化應(yīng)用設(shè)計(jì)的無線網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。它是HART現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議第七版HART7.0的核心部分。與所有符合HART協(xié)議的儀表和設(shè)備一樣，無線HART兼容于現(xiàn)有的HART設(shè)備和應(yīng)用。現(xiàn)有的HART應(yīng)用（包括控制系統(tǒng)、PLC、維護(hù)工具、資產(chǎn)設(shè)備管理應(yīng)用等），無需進(jìn)行任何軟件升級(jí)，都可以利用無線HART協(xié)議。它采用工作于2.4GHzISM射頻頻段、具有安全、穩(wěn)健的網(wǎng)格拓?fù)渎?lián)網(wǎng)技術(shù)。無線HART的架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮易于使用、可靠，以及與無線傳感器網(wǎng)格型協(xié)議相兼容。它規(guī)定所有的兼容設(shè)備必須支持可互操作性，這就是說不同制造廠提供的無線HART儀表和設(shè)備，無需進(jìn)行系統(tǒng)操作就能實(shí)現(xiàn)互換，即連即用。再者，無線HART兼容于HART的核心技術(shù)，諸如HART的命令結(jié)構(gòu)和設(shè)備描述語言DDL。所有的HART設(shè)備（例如網(wǎng)管、網(wǎng)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等等）都應(yīng)支持DDL。無線HART通信利用時(shí)分多址TDMA技術(shù)來協(xié)調(diào)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信。TDMA數(shù)據(jù)鏈路層以指定時(shí)間槽和信道（頻率）的方式來建立網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備間的鏈接，這些鏈接組織成周期性重復(fù)的超幀結(jié)構(gòu)，以支持定時(shí)循環(huán)的通信流和非循環(huán)的通信流。為了彈性地利用通信帶寬，鏈接可以是專用的（如為保證過程數(shù)據(jù)以最小的延遲傳送），也可以是共享的。傳統(tǒng)的HART協(xié)議是一種支持請(qǐng)求/響應(yīng)和過程數(shù)據(jù)發(fā)布兩類通信的令牌傳送網(wǎng)絡(luò)。將無線HART納入整個(gè)HART的結(jié)構(gòu)，就包括了附加的無線HART的物理層IEEE802.15.4-2006和TDMA數(shù)據(jù)鏈路層。其網(wǎng)絡(luò)層完整地規(guī)范了使用全無線網(wǎng)格化的網(wǎng)絡(luò)的部署，應(yīng)用層則支持HART的應(yīng)用層。無線HART規(guī)定了三種主要的網(wǎng)絡(luò)要素：無線HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、無線HART網(wǎng)關(guān)和無線HART網(wǎng)絡(luò)管理器。同時(shí)支持無線HART適配器，以便將現(xiàn)有的HART設(shè)備接入無線HART網(wǎng)絡(luò)。值得注意的是，在無線HART網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)關(guān)僅承擔(dān)無線HART儀表與主應(yīng)用系統(tǒng)之間的通信，它既支持一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)，又和其接入點(diǎn)都包括在每個(gè)無線HART網(wǎng)絡(luò)中；另外也支持冗余網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)管理器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)、無線HART網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信調(diào)度、路徑表的管理和無線HART網(wǎng)絡(luò)健康狀況的報(bào)告。這一特點(diǎn)與許多無線短程網(wǎng)規(guī)定的網(wǎng)關(guān)又承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)有顯著的不同，較好地解決了工業(yè)控制系統(tǒng)要求以冗余機(jī)制獲取可靠傳輸?shù)囊?。圖1完整表術(shù)了無線HART的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1 無線HART的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.1 IEC62591WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)

WirelessHART是自組織、自適應(yīng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不要求用戶具有無線技術(shù)方面的專門知識(shí)，設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中會(huì)自動(dòng)查找最佳的通訊路徑；網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)功能，無需人員干預(yù)就可以可靠運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和重組能力強(qiáng)；同時(shí)支持星形和網(wǎng)狀拓?fù)渚哂凶孕迯?fù)功能，網(wǎng)絡(luò)具有連續(xù)監(jiān)視通訊路徑的功能，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)通訊性能下降時(shí)，它能自行修復(fù)；如果網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)障礙，設(shè)備將自動(dòng)尋找其它最佳替換通訊路徑，創(chuàng)建新的通訊路徑以保證信息繼續(xù)暢通。

WirelessHART符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，帶信道跳頻技術(shù)，符合IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)；采用2.4GHz通用頻率，分成16信道；采用擴(kuò)展跳頻(FHSS)和直接序列擴(kuò)頻（DSSS）技術(shù)，具有極高的可靠性。

WirelessHART與現(xiàn)有主機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無縫連接，網(wǎng)關(guān)與現(xiàn)有主機(jī)系統(tǒng)的集成是透明和無縫的；主機(jī)控制系統(tǒng)無需升級(jí)和特別軟件，網(wǎng)關(guān)的接入采用標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議。

4 WirelessHART無線設(shè)備

一個(gè)工程應(yīng)用的WirelessHART網(wǎng)絡(luò)需要有無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/ WirelessHART適配器、無線網(wǎng)關(guān)和主機(jī)組成。

無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備含有測(cè)量傳感器或用于過程輸出動(dòng)作的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，作為無線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)過程參數(shù)并把數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)關(guān)中，現(xiàn)在應(yīng)用作為普遍的是無線壓力、溫度變送器，以及閥門位置反饋?zhàn)兯推鞯取?/p>

WirelessHART適配器的作用是將有線HART設(shè)備的HART信號(hào)以無線信號(hào)輸出，加入WirelessHART現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，主要有以下三種應(yīng)用：

（1）由于主機(jī)系統(tǒng)的局限性，HART信號(hào)不能通過4-20毫安回路傳輸診斷信息時(shí)，采用適配器可以獲取HART診斷信息。

（2）為原本不能進(jìn)行無線傳輸?shù)腍ART設(shè)備提供無線傳輸。

（3）便于其他不能直接進(jìn)入控制系統(tǒng)的用戶訪問設(shè)備診斷信息。這種情況下，有線信號(hào)仍然通過網(wǎng)線發(fā)送到控制中心，而其他辦公地點(diǎn)的維護(hù)、可靠性及其他人員就可通過無線信號(hào)獲取設(shè)備診斷信息。

適配器是利用現(xiàn)有有線儀表的供電工作，本身無需電池。適配器一般帶螺紋接口，可直接插入HART設(shè)備上的電氣接口獲得回路供電。通過無線適配器，用戶可以方便、經(jīng)濟(jì)有效地將任何一個(gè)HART設(shè)備轉(zhuǎn)換為無線設(shè)備，以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，如儲(chǔ)罐液位、雷達(dá)液位、超聲波液位、流量、閥門、液體和氣體分析、壓力和溫度的測(cè)量。

智能網(wǎng)關(guān)的作用是實(shí)現(xiàn)無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和連接到以太網(wǎng)、串行或其他現(xiàn)有工廠網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)系統(tǒng)的通信、管理無線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)安全。理論上講，網(wǎng)關(guān)就是編組柜和接線盒的無線版本，它具備以下功能和特點(diǎn)：

（1）網(wǎng)關(guān)能夠管理網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)管理和安全管理。

（2）根據(jù)安全規(guī)定，網(wǎng)關(guān)應(yīng)能控制網(wǎng)絡(luò)訪問。網(wǎng)關(guān)可包括多個(gè)用戶賬戶，這些帳戶按照安全等級(jí)和組態(tài)參數(shù)具備不同等級(jí)的訪問級(jí)別。

（3）網(wǎng)關(guān)能輸出多種協(xié)議，確保與不同類型的主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行集成。在任何過程行業(yè)的工廠里都可能有不同類型的DCS、PLC和記錄儀，這些設(shè)備采用不同的輸出協(xié)議。多種輸出協(xié)議都可以與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)關(guān)相連接。

（4）網(wǎng)關(guān)能夠支持多個(gè)連接，類似于一個(gè)服務(wù)器。典型的WirelessHART應(yīng)用要求能夠把數(shù)據(jù)傳輸給不同的主機(jī)應(yīng)用程序，便于將數(shù)據(jù)提供給不同的最終用戶。

（5）網(wǎng)關(guān)能夠通過經(jīng)過加密的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)所有協(xié)議的安全轉(zhuǎn)換。

（6）網(wǎng)關(guān)具備互操作性，并能管理不同供應(yīng)商提供的WirelessHART設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)。

5 無線網(wǎng)絡(luò)可靠性與安全性

智能無線技術(shù)的一大特點(diǎn)是采用了自組織網(wǎng)格網(wǎng)狀MESH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而不是常見的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每一臺(tái)設(shè)備直接與網(wǎng)關(guān)通訊，設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間的通訊路徑要求完全可視，而這在現(xiàn)場(chǎng)是比較難以做到的；網(wǎng)格網(wǎng)狀MESH拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每一臺(tái)無線設(shè)備都可以作為其他無線設(shè)備的中繼路由，設(shè)備與網(wǎng)關(guān)之間無需完全可視。同時(shí)自組織特性保證了網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)設(shè)備至少有兩個(gè)通訊路徑，網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)通訊衰減和需要自我修復(fù)的路徑進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，一旦其中的一條通信路徑由于某種原因被中斷，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)將信號(hào)重新路由到鄰近的設(shè)備，從而確保了智能無線技術(shù)在復(fù)雜的工廠環(huán)境中依然可靠。

智能無線技術(shù)將2.4GHz頻段分成16個(gè)更窄的頻段，并采用跳頻技術(shù)和TDMA(時(shí)分多址)技術(shù)保證了系統(tǒng)抗干擾能力，如果在其中的一個(gè)頻段檢測(cè)到干擾，網(wǎng)絡(luò)通訊將切換到另外一個(gè)頻段。在網(wǎng)絡(luò)安全方面，通過先進(jìn)的基于標(biāo)準(zhǔn)的加密以及驗(yàn)證、認(rèn)證、密鑰管理和抗干擾技術(shù)提供可靠、多級(jí)、始終有效的安全性，智能無線技術(shù)內(nèi)置了數(shù)據(jù)加密與校驗(yàn)，發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備之間也需要身份驗(yàn)證，數(shù)據(jù)的訪問也需要相應(yīng)的權(quán)限才能進(jìn)行。

智能無線采用符合高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（NIST標(biāo)準(zhǔn)FIPS-197）的端到端128位加密技術(shù)。出于驗(yàn)證目的，各網(wǎng)關(guān)都擁有一份允許與其通信的設(shè)備的“白名單”，并且單個(gè)設(shè)備僅接受來自先前確定的網(wǎng)關(guān)或其他已認(rèn)證網(wǎng)關(guān)的設(shè)備消息。

分離連接和網(wǎng)絡(luò)密鑰可設(shè)置為自動(dòng)輪換或按需要進(jìn)行更改。實(shí)施無線HART標(biāo)準(zhǔn)將在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間增加通信會(huì)話密鑰，這樣其他設(shè)備就無法“竊聽”。這些密鑰也可以輪換。

此外，值得一提的是，智能無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完全由電池供電，這得益于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行的低功耗改造，使得無線裝置可以在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)工作數(shù)年而不用更換電池。以艾默生公司智能電源模塊為例，其采用的電池包含多項(xiàng)專利，具有本安、防短路等多項(xiàng)特性，可以在危險(xiǎn)環(huán)境中隨意更換而無需采取特殊安全措施。

6 WirelessHART現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有以下四個(gè)關(guān)鍵步驟：

（1）確定范圍，將無線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)分配給某個(gè)工藝單元或工藝單元的某個(gè)環(huán)節(jié)。有線HART網(wǎng)絡(luò)的分段管理設(shè)計(jì)規(guī)則同樣適用于WirelessHART網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單地說，所有工藝設(shè)施都分為基礎(chǔ)設(shè)施、自動(dòng)化設(shè)備和人員。WirelessHART網(wǎng)絡(luò)不僅可以自行加入到工藝環(huán)境中，而且可以自行加入到工藝設(shè)施的結(jié)構(gòu)中。如果工藝設(shè)施不在戶外，也有一些固有的結(jié)構(gòu)可用于確定網(wǎng)絡(luò)范圍。在確定網(wǎng)絡(luò)范圍時(shí)，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)考慮到網(wǎng)絡(luò)的備用容量。每個(gè)工藝單元至少應(yīng)配備單獨(dú)的網(wǎng)關(guān)，留出備用容量，便于實(shí)時(shí)解決問題。如果項(xiàng)目較小并且應(yīng)用比較集中，即使測(cè)點(diǎn)總數(shù)沒有超過網(wǎng)關(guān)的容量，一般也需要配置一個(gè)網(wǎng)關(guān)。智能無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)格為可連接100臺(tái)設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)考慮留有擴(kuò)展的余地。

（2）制定設(shè)計(jì)規(guī)范，制定設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)應(yīng)考慮的要點(diǎn)：確定哪些類型的測(cè)點(diǎn)應(yīng)為無線接入：安全、控制、監(jiān)測(cè)及本地顯示。目前WirelessHART網(wǎng)絡(luò)推薦系統(tǒng)用于閉環(huán)監(jiān)督控制（通常不緊急）、開環(huán)控制（回路中有人工介入）、記錄或遠(yuǎn)程維護(hù)的參數(shù)。

（3）安裝。WirelessHART設(shè)備的安裝與有線HART設(shè)備的安裝相同。需要強(qiáng)調(diào)的是，無線設(shè)備的過程連接應(yīng)該盡可能保持最好，以獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。因?yàn)椴捎肳irelessHART自組織網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備將在工藝環(huán)境中自動(dòng)尋找最佳通訊路徑，并在環(huán)境發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)尋找最優(yōu)的通訊路徑。WirelessHART適配器一般安裝在現(xiàn)有的HART設(shè)備上或其回路的某個(gè)地方。一般建議先安裝網(wǎng)關(guān)，然后再同時(shí)進(jìn)行無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝調(diào)試和與主機(jī)系統(tǒng)的集成。過程連接完成，無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即安裝完成。

（4）調(diào)試。按照WirelessHART網(wǎng)關(guān)來進(jìn)行分別調(diào)試。因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)將無線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到主機(jī)系統(tǒng)，所以一旦WirelessHART設(shè)備與網(wǎng)關(guān)正常通訊即可確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正確連接。無線回路檢查能確保無線設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)與主機(jī)系統(tǒng)的集成。調(diào)試時(shí)將工藝和WirelessHART設(shè)備相互作用，可確保設(shè)備操作正常。

雖然不同行業(yè)有不同的工藝環(huán)境，不同環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)導(dǎo)致項(xiàng)目具體內(nèi)容也有所不同，但以上四個(gè)基本步驟適用于所有情況，并適用于所有供應(yīng)商提供的WirelessHART設(shè)備。WirelessHART網(wǎng)絡(luò)中加入的設(shè)備越多，網(wǎng)絡(luò)越強(qiáng)大，因此網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備密度很高時(shí)確定范圍這一步驟更為重要。

7 熱網(wǎng)系統(tǒng)智能無線的方案

7.1 熱網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

熱網(wǎng)系統(tǒng)由上下兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，下層網(wǎng)絡(luò)由熱網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器、各計(jì)量站PLC組成；上層網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)服務(wù)器和客戶機(jī)組成。熱網(wǎng)系統(tǒng)共有2臺(tái)冗余的服務(wù)器，3臺(tái)客戶機(jī)和1臺(tái)工程師站組成。具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本熱網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)采用艾默生智能無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，遵循WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)用于熱網(wǎng)儀表的監(jiān)視、記錄或遠(yuǎn)程維護(hù)的參數(shù)，作為熱網(wǎng)儀表實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和拓展。

圖2 熱網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

7.2 熱網(wǎng)智能無線的配置

以熱網(wǎng)實(shí)際安裝的計(jì)量站作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元，給每個(gè)計(jì)量站中智能儀表加裝艾默生智能無線適配器THUM775,THUM適配器是有線hart設(shè)備升級(jí)設(shè)備，它將有線HART設(shè)備升級(jí)為無線設(shè)備，它利用現(xiàn)有有線儀表的供電工作，無需電池，不影響現(xiàn)有有線設(shè)備的性能，同時(shí)可以將有線設(shè)備的Hart測(cè)量值、診斷信息通過無線方式無線傳送到智能網(wǎng)關(guān)，這樣每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表就成為一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)。

對(duì)于無線網(wǎng)關(guān)的配置，原則上每個(gè)計(jì)量站配置一臺(tái)愛默生1420智能無線網(wǎng)關(guān)，出于經(jīng)濟(jì)性能考慮，距離在300米范圍之內(nèi)的計(jì)量站可以共用一臺(tái)網(wǎng)關(guān),各計(jì)量站網(wǎng)關(guān)可以構(gòu)成一個(gè)自適應(yīng)網(wǎng)格架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)儀表節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的多重冗余路徑，數(shù)據(jù)可靠性將得到大大提升，達(dá)到99%。計(jì)量站的1420網(wǎng)關(guān)是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制系統(tǒng)的橋梁，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)管理和設(shè)備管理的三大功能。首先網(wǎng)關(guān)要管理其轄區(qū)內(nèi)的無線設(shè)備，根據(jù)其位置分布自動(dòng)建立通訊網(wǎng)絡(luò)，保證各個(gè)被檢測(cè)的工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠的傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，一旦網(wǎng)絡(luò)建立，即利用標(biāo)準(zhǔn)接口和支持相應(yīng)的通訊協(xié)議將收集到的工藝數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)送入控制系統(tǒng)內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

1420智能無線網(wǎng)關(guān)一般安裝在各計(jì)量站小操作間的外墻上，由計(jì)量站PLC控制柜提供24VDC電源。對(duì)于相鄰計(jì)量站共用的網(wǎng)關(guān)，一般安裝在位置居中計(jì)量站小室內(nèi)，通過外接天線的形式連接到網(wǎng)關(guān)上，滿足復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求。

7.3 無線與控制系統(tǒng)的連接

充分利用熱網(wǎng)現(xiàn)有的PLC下層網(wǎng)絡(luò)，1420網(wǎng)關(guān)通過RJ45超5類網(wǎng)線就地接入計(jì)量站PLC的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，并與PLC的數(shù)據(jù)共用一根光纖接入熱網(wǎng)骨干交換機(jī)，繼而與熱網(wǎng)服務(wù)器連接，納入熱網(wǎng)的控制網(wǎng)絡(luò)中。

1420網(wǎng)關(guān)支持多種通訊協(xié)議的接口與上層主機(jī)連接，主要有ModbusRS485，ModbusTCP/IP或OPC，熱網(wǎng)人機(jī)接口為IFIX軟件，熱網(wǎng)采用OPC通訊方式。

7.4 無線網(wǎng)絡(luò)的配置

無線網(wǎng)絡(luò)的配置相對(duì)比較簡(jiǎn)單，分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的配置和網(wǎng)關(guān)的配置兩個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的配置主要是JoinKey、NetworkID及數(shù)據(jù)刷新速率等的配置，JoinKey和NetworkID分別為和無線設(shè)備通訊的握手密碼和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，數(shù)據(jù)更新速率根據(jù)實(shí)際需要確定。這些參數(shù)的設(shè)定可以通過支持無線版本的HART375手操器進(jìn)行，也可以在隨機(jī)配備的無線配置軟件中進(jìn)行設(shè)置。

網(wǎng)關(guān)的配置需要從熱網(wǎng)工程師站電腦登陸1420網(wǎng)關(guān)進(jìn)行，主要有安全配置，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)配置，IP地址配置，與主機(jī)通訊配置等，此外還有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和診斷，如各節(jié)點(diǎn)儀表實(shí)時(shí)測(cè)量值，供電情況等。

7.5 無線產(chǎn)品與控制系統(tǒng)的集成

在1420網(wǎng)關(guān)內(nèi)嵌軟件中選擇OPC協(xié)議，在HART中設(shè)置儀表參數(shù)，在Setup—>OPC中設(shè)置要映射上傳到上位機(jī)的變量.在熱網(wǎng)服務(wù)器的IFIX軟件中建立一個(gè)OPCCLIENT的IO連接，并在IFIX數(shù)據(jù)庫中建立在1420網(wǎng)關(guān)中對(duì)應(yīng)的變量名稱，進(jìn)行連接和HMI畫面組態(tài)，就能正確顯示測(cè)量值。

8 無線產(chǎn)品的應(yīng)用及評(píng)價(jià)

智能無線改變了工廠的現(xiàn)場(chǎng)儀表的維護(hù)模式，維護(hù)模式從被動(dòng)模式轉(zhuǎn)為主動(dòng)預(yù)測(cè)性維護(hù)模式，維護(hù)人員可以在設(shè)備發(fā)出預(yù)警信息時(shí)主動(dòng)去檢查設(shè)備的狀況，在設(shè)備故障擴(kuò)大化之前修復(fù)好，避免故障進(jìn)一步惡化，這樣既可以減少設(shè)備的維護(hù)成本，又可以隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行健康狀況，保障工藝的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，這對(duì)于安全穩(wěn)定第一的熱網(wǎng)系統(tǒng)尤為重要。此外智能無線的優(yōu)點(diǎn)還體現(xiàn)在建立無線網(wǎng)絡(luò)無需現(xiàn)場(chǎng)勘察，無需前期工程設(shè)計(jì)，更不需要特殊工具，安裝和調(diào)試工作只需很短時(shí)間內(nèi)就可完成。用戶可以方便地在自組織網(wǎng)絡(luò)中添加新的設(shè)備，并可以無限擴(kuò)充。與傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)相比節(jié)省了、人工、電纜和穿線管等就地施工費(fèi)用，也不需要購買模擬量卡件，施工及調(diào)試的時(shí)間也大大縮短。

9 結(jié)束語

綜上所述，WirelessHART在熱網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)用是切實(shí)可靠的，也可預(yù)見它的成功投運(yùn)將極大提高熱網(wǎng)儀表的自動(dòng)化水平，挖掘儀表的潛能，進(jìn)一步保障熱網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著無線技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用，作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)得到推廣應(yīng)用。在許多領(lǐng)域，人們正在將目光投向智能無線技術(shù)，WirelessHART以其高度可靠性和安全性的技術(shù)特點(diǎn)將被普遍應(yīng)用到各種工業(yè)場(chǎng)合中。

[1] 艾默生過程控制公司. IEC62591WirelessHART標(biāo)準(zhǔn).

[2] 林永春. 智能無線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)方案概述[J]. 自動(dòng)化博覽, 2009, 26 (3) : 22-25

[3] 吳雪松. 艾默生智能無線技術(shù)在江蘇金翔三期油庫罐區(qū)計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化博覽, 2011(s1).

唐榮（1970-），男，上海人，大專，熱工自動(dòng)裝置檢修技師，現(xiàn)就職于上海漕涇熱電有限責(zé)任公司，從事熱控點(diǎn)檢工作，主要研究方向熱工自動(dòng)裝置和熱控控制系統(tǒng)。