一種基于WIA-PA工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)釜控制系統(tǒng)

周偉 譚娜

摘 要：本文介紹了一種基于WIA-PA工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)釜控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)采用WIA-PA無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采集反應(yīng)釜壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及計(jì)量泵數(shù)據(jù)，并發(fā)送給控制平臺(tái)，從而現(xiàn)實(shí)對(duì)反應(yīng)釜數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以及控制。

關(guān)鍵詞：WIA-PA ;反應(yīng)釜;壓力;溫度

1 背景技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)以及控制設(shè)備是化工中重要的部分，而目前反應(yīng)釜的監(jiān)控已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備的進(jìn)入，但是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，所以需要一套網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控反應(yīng)釜的工作狀態(tài)，提高監(jiān)測(cè)以及監(jiān)控的智能化。

2 系統(tǒng)介紹

實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜溫度、壓力、進(jìn)料配比、出料控制，系統(tǒng)的中底層硬件組成包括壓力采集單元、溫度采集單元、進(jìn)料比調(diào)控閥門、出料控制閥門;網(wǎng)絡(luò)層硬件平臺(tái)包含無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)模式;監(jiān)控層的硬件平臺(tái)為電腦、服務(wù)器、交換機(jī)、防火墻等信息管理以及防護(hù)設(shè)備。

3 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成：

a）現(xiàn)場(chǎng)采集硬件平臺(tái)

現(xiàn)場(chǎng)采集硬件平臺(tái)是工業(yè)反應(yīng)釜互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的底層平臺(tái)?，F(xiàn)場(chǎng)采集硬件平臺(tái)為系統(tǒng)提供底層數(shù)據(jù)（壓力數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、計(jì)量泵數(shù)據(jù)等）。需要增加壓力、溫度以及控制單位設(shè)備。

b）網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是工業(yè)反應(yīng)釜互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中間層平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為工業(yè)反應(yīng)釜互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。需要增加網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑設(shè)備。

c）管理軟件平臺(tái)

管理軟件平臺(tái)是工業(yè)反應(yīng)釜互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最后層平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為工業(yè)反應(yīng)釜互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)展示以及反應(yīng)釜控制。需要增加管理軟件。

d）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)是工業(yè)反應(yīng)釜互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)存儲(chǔ)平臺(tái)。需要增加磁盤陣列。

3.1硬件搭建：

現(xiàn)場(chǎng)采集硬件平臺(tái)：

1）壓力采集單元實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)制劑反應(yīng)釜中反應(yīng)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)壓力的變化。壓力采集單元直接連接反應(yīng)釜內(nèi)，實(shí)時(shí)指示反應(yīng)釜內(nèi)壓力的大小。反應(yīng)釜內(nèi)如果沒(méi)有壓力采集單元 ， 或者壓力采集單元失靈，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力就無(wú)法表示，從而直接危及安全。反應(yīng)釜內(nèi)上裝置靈敏、準(zhǔn)確的壓力采集單元，操作人員就能憑壓力采集單元正確的操控反應(yīng)釜 ， 確保安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

2）溫度采集單元實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)制劑反應(yīng)釜中反應(yīng)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)溫度的變化。所以溫度采集單元應(yīng)測(cè)量和指示反應(yīng)釜內(nèi)壓力的大小。反應(yīng)釜如果溫度采集單元 ， 或者溫度采集單元失靈 ， 反應(yīng)釜的溫度就無(wú)法表示 ， 從而直接影響化學(xué)制劑的反應(yīng)效率甚至于危及安全。反應(yīng)釜上裝置靈敏、準(zhǔn)確的溫度采集單元 ， 操作人員就能憑溫度采集單元正確的操控反應(yīng)釜， 確保安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

3）控制器作為系統(tǒng)中的一個(gè)控制單元，對(duì)系統(tǒng)中每一個(gè)閥門單元實(shí)施控制以及監(jiān)督，反應(yīng)釜閥門區(qū)分進(jìn)料閥門、出料閥門、給水閥門等，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制將控制器的每一路控制信號(hào)以及采集信號(hào)與閥門進(jìn)行有線鏈接，到達(dá)控制以及其狀態(tài)的采集。

4）計(jì)量泵采集器作為系統(tǒng)中的一個(gè)計(jì)量泵采集器單元，對(duì)系統(tǒng)中每一個(gè)計(jì)量泵數(shù)據(jù)采集，計(jì)量泵采集器與計(jì)量泵進(jìn)行總線鏈接，到達(dá)計(jì)量泵數(shù)據(jù)獲取，每個(gè)計(jì)量泵需要一個(gè)計(jì)量泵采集器。

反應(yīng)釜閥門區(qū)分進(jìn)料閥門、出料閥門、給水閥門等，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制將控制器的每一路控制信號(hào)以及采集信號(hào)與閥門進(jìn)行有線鏈接，到達(dá)控制以及其狀態(tài)的采集。

網(wǎng)絡(luò)層硬件平臺(tái)：

網(wǎng)絡(luò)層硬件平臺(tái)支持NB-IoT，NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。NB-IoT支持待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接; LTE中的很多標(biāo)準(zhǔn)接手于3G UMTS的更新并最后成為4G移動(dòng)通信技術(shù)。其中簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為其中的工作重點(diǎn)。需要將原有的UMTS下電路交換+分組交換結(jié)合網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為全I(xiàn)P扁平化基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);5G網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)是讓終端用戶始終處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，5G網(wǎng)絡(luò)將來(lái)支持的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是智能手機(jī)——它還要支持智能手表、健身腕帶、智能家庭設(shè)備如鳥巢式室內(nèi)恒溫器等，5G網(wǎng)絡(luò)是指下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)將是4G網(wǎng)絡(luò)的真正升級(jí)版，它的基本要求并不同于無(wú)線網(wǎng)絡(luò);WIA-PA 網(wǎng)絡(luò)采用星型和網(wǎng)狀結(jié)合的兩層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖所示，第一層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由網(wǎng)關(guān)和路由設(shè)備組成;第二層的星型結(jié)構(gòu)由路由設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或手持設(shè)備組成，WIA-PA 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議遵循ISO/OSI 的七層結(jié)構(gòu)，但只定義了數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層;LoRaWAN是建立在LoRa技術(shù)之上的一種協(xié)議規(guī)格，LoRaWAN使用非授權(quán)的ISM頻段去建立傳感器與網(wǎng)關(guān)設(shè)備之間的低功耗、廣域通訊機(jī)制。基于該標(biāo)準(zhǔn)的方法有助于快速構(gòu)建出可用的LPWAN公用、私用網(wǎng)絡(luò)，也包括對(duì)雙向數(shù)據(jù)安全加密、互操作性、移動(dòng)性、精準(zhǔn)定位等特性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜監(jiān)測(cè)以及控制，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器后，可通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)量、歷史趨勢(shì)曲線等功能，達(dá)到了減員增效的目的，實(shí)現(xiàn)了工廠智能化管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]《工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò) WIA 規(guī)范第 1 部分： 用于過(guò)程自動(dòng)化的 WIA 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信規(guī)范》

GB/T 36465-2018網(wǎng)絡(luò)終端操作系統(tǒng)總體技術(shù)要求

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