工業(yè)無線通信系統(tǒng)應(yīng)用注意事項介紹用戶采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)應(yīng)考慮選用的國際標準、使用現(xiàn)場情況、應(yīng)用類型、信號類型、基本設(shè)備類型、采集點數(shù)、現(xiàn)場的障礙物及分布情況、傳輸距離、刷新率和無線網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的連接這10個問題。
采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)的用戶越來越多，對于沒有使用過工業(yè)無線通信系統(tǒng)的用戶來說，其對工業(yè)無線通信系統(tǒng)的熟悉程度有限。為了使其了解工業(yè)無線通信系統(tǒng)的基本知識，即作為用戶有哪些問題需要事先考慮，又有哪些資料需要事先做好準備，筆者列出用戶在采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)之前要主要考慮的10件事，以使用戶在規(guī)劃和實施過程中有所準備。
1、采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)考慮的10個問題
①選用的國際標準
工業(yè)無線通信領(lǐng)域的國際標準有：Wireless HART、WIA-PA、WIA-FA和ISA100.11a。
Wireless HART通信協(xié)議由HART通信基金會發(fā)布，得到艾默生過程管理公司、ABB、E+H、MACTek、P+F和西門子在內(nèi)的過程控制廠商的支持，2010年4月12日獲得國際電工委員會(IEC)的認可，成為工業(yè)過程測量和控制領(lǐng)域的無線國際標準IEC62591。
WIA-PA(工業(yè)過程自動化的無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范)由中國國家標準化管理委員會提出，得到中國工業(yè)無線聯(lián)盟的支持，2011年10月14日獲得國際電工委員會認可，成為工業(yè)過程測量和控制領(lǐng)域的無線國際標準IEC62601。
WIA-FA(工廠自動化工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范)由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所牽頭制定，2014年9月獲得國際電工委員會認可，成為國際上第1個面向工廠高速自動控制應(yīng)用的無線技術(shù)規(guī)范。這一規(guī)范是工廠自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)在線可重構(gòu)的重要技術(shù)，對推進制造業(yè)由傳統(tǒng)的低成本大批量生產(chǎn)模式向高端高附加值的個性化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級，具有重要意義。
ISA100.11a由ISA(國際自動化學(xué)會)的ISA100工業(yè)無線委員會提出，得到霍尼韋爾、橫河、埃克森美孚、GE、山武在內(nèi)的過程控制廠商的支持，2014年9月獲得國際電工委員會的認可，成為工業(yè)過程測量和控制領(lǐng)域的無線國際標準IEC62734。
上述4個國際標準中，除了WIA-FA是面向工廠自動化生產(chǎn)線的外，其余3個均面向工業(yè)過程測量和控制領(lǐng)域，用戶可按所屬領(lǐng)域選用以上標準。
②使用現(xiàn)場
采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)時，需要考慮用戶現(xiàn)場是新建還是改擴建。新建項目可按最佳方案考慮系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)備選型及現(xiàn)場安裝布置。改擴建項目考慮的問題相對較多，不但需要對現(xiàn)有系統(tǒng)構(gòu)成、已運行的現(xiàn)場設(shè)備和管線配置情況事先了解，還要考慮怎樣與現(xiàn)有系統(tǒng)連接、原有設(shè)備有哪些可以利用、現(xiàn)場安裝設(shè)備的位置是否需要變動等問題。
例如改建項目中，將原來的有線現(xiàn)場設(shè)備(如各類變送器)改為無線現(xiàn)場設(shè)備就有2個方案可以選擇: 一是直接將這些有線設(shè)備替換成無線設(shè)備。如將有線溫度計、溫度變送器、壓力/差壓變送器換成無線溫度變送器、壓力/差壓變送器；二是保留原有設(shè)備，新增相關(guān)設(shè)備后轉(zhuǎn)換為無線設(shè)備。如給帶HART功能的有線溫度變送器、壓力/差壓變送器配用無線適配器，將有線溫度計和不帶HART功能的有線溫度變送器、壓力/差壓變送器接入單點或多點無線模擬量輸入變送器，即可實現(xiàn)原有有線設(shè)備向無線設(shè)備的轉(zhuǎn)換。為了強化無線現(xiàn)場設(shè)備的通信質(zhì)量，部分原有有線現(xiàn)場設(shè)備的安裝位置也有可能改動。
③應(yīng)用類型
ISA下屬的ISA100工業(yè)無線標準化工作委員會，按照流程行業(yè)應(yīng)用中的一般條件，根據(jù)應(yīng)用中安全性、可靠性和傳輸時延的不同要求，已分別確定6類(0-5類)應(yīng)用: 0類信息傳輸速度最快，主要用于安全聯(lián)鎖、緊急停車、火災(zāi)控制等始終關(guān)鍵的緊急動作；1類、2類分別用于閉環(huán)調(diào)節(jié)控制和閉環(huán)監(jiān)督控制；3類用于人工開環(huán)控制；4類、5類主要用于信號報警、事件跟蹤和歷史數(shù)據(jù)采集。
工業(yè)無線應(yīng)用設(shè)計的最終目標是涵蓋1-5類，但目前主要集中在ISA100定義的3-5類，重點是4類、5類的參數(shù)監(jiān)測應(yīng)用。根據(jù)英國石油公司的數(shù)據(jù)，1-5類應(yīng)用數(shù)量的比值大致為1:2:4:10:10，即4-5類大致占75%的比例，加上3類后約占90%，可見其應(yīng)用面非常寬。
用戶可根據(jù)具體工程項目，列出屬于3-5類應(yīng)用的具體參數(shù)。在現(xiàn)階段，無線通信暫時不要在1-2類閉環(huán)控制中應(yīng)用，更不要應(yīng)用于屬于0類的安全聯(lián)鎖、緊急停車、火災(zāi)控制。
④信號類型
信號類型一般可分為模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出，信號由帶各類數(shù)字通信的智能儀表提供。工業(yè)無線通信系統(tǒng)現(xiàn)階段的應(yīng)用以模擬量輸入、開關(guān)量輸入為主，模擬量輸出、開關(guān)量輸出則較少。
模擬量輸入信號可通過檢測參數(shù)(如溫度、壓力、流量、物位、質(zhì)量、成分分析等)的無線變送器采集。對于一些暫時還沒有無線變送器傳輸?shù)膮?shù)，可將原有變送器的輸出信號通過無線現(xiàn)場設(shè)備采集，如帶HART通信的儀表設(shè)備可配用適配器，只有4-20mA輸出的儀表設(shè)備可配用能接入該信號的無線溫度變送器(如艾默生公司的848T) 、無線模擬量變送器(如霍尼韋爾公司的XYR6000無線模擬量輸入變送器、無線多組合變送器) 。
開關(guān)量輸入一般可通過無線開關(guān)量輸入變送器或無線多組合變送器采集。有模擬量輸出的無線產(chǎn)品非常少，筆者僅見到中科博微公司W(wǎng)IA-PA現(xiàn)場無線設(shè)備中的WIA-IO4108在支持2路4-20mA輸入信號的同時還支持1路4-20mA輸出信號。
有開關(guān)量輸出的無線產(chǎn)品也少，霍尼韋爾公司的XYR6000無線開關(guān)量輸出變送器和無線多組合變送器有開關(guān)量輸出回路，中科奧維公司W(wǎng)IA-PA的無線遠程控制器中也有4 路開關(guān)量輸出信號。
帶各類數(shù)字通信的智能儀表中，各廠家提供的可供數(shù)字通信的類型有差別，如霍尼韋爾公司的XYR400E無線轉(zhuǎn)接模塊可轉(zhuǎn)接以下通信協(xié)議：RS232、RS485、Ethernet，橫河電機公司的無線適配器除可轉(zhuǎn)接HART協(xié)議外，其多協(xié)議適配器還可轉(zhuǎn)接RS485 Modbus通信協(xié)議，中科博微公司W(wǎng)IA-PA現(xiàn)場無線設(shè)備中的無線透傳模塊可轉(zhuǎn)接RS485/RS232通信協(xié)議。
本章節(jié)是《工業(yè)無線通信系統(tǒng)應(yīng)用注意事項》連載第一部分，期待讀者繼續(xù)關(guān)注工業(yè)無線通信系統(tǒng)應(yīng)用注意事項連載二。
