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WirelessHART系统应用

无线技术开辟了在广泛领域进行应用的机会,这包括从加入以前由于物理或经济上的原因而无法进行的测量,到获得全厂范围的功能,如资产和人员跟踪、安全性和员工工作效率。WirelessHART把重点放在过程自动化的尚无无线标准的核心功能之上。    像有线HART技术一样,WirelessHART支持全系列的过程监控和控制应用,包括    设备和过程监控;    

环境监测、能源管理、法规遵从;资产管理、预防性维护、先进的诊断;闭环控制(在适当情况下)。   

 WirelessHART技术将补充而不是取代有线仪表,工厂中两者往往平行工作。WirelessHART技术的向后兼容,包括HART指令结构和设备描述语言,使得使用同一工具便可以方便地同时支持有线和无线设备。WirelessHART设备还希望超越“互换性”,以提供真正的互操作性。这意味着,用户可以选择最好的WirelessHART设备,而无需考察制造商是谁,还能够保证兼容设备可以在一个系统中协同工作,并可相互替代而在主机系统一级依然不丧失功能。   

 WirelessHART设备可以是个独立的装置,其消除了到控制系统的模拟连接。该设备可安装在工厂的任何地方,而无需线缆的花费。过程变量(PV)和HART数据通过WirelessHART网关与控制或资产管理系统连接。WirelessHART应用系统构成如图3所示。

在现场系统应用中,有线HART+WirelessHART两种技术相结合提供具有成本效益、低风险的通信解决方案。协同工作,使得在已安装HART设备上的投资得到保护,而且可以快速、经济地增加额外的HART设备。    

五、WirelessHART无线网络组网与设计随着工业无线网络应用范围的扩大,工厂企业开始大规模应用无线网状网络技术。构建一个WirelessHART网状网络是一个不困难的任务。由于设备类型有限以及网状网络具有自组织能力,已不需要进行大量的设计工作,但是随着网络规模的扩大,该技术暴露了某些局限性。从逻辑上讲,大规模网络配置有大量设备,这些设备需要通过网状网络多次“跳跃”后将获取的数据返回给主机。随着跳跃次数的增加,执行时间随之增加。大规模网络的管理较为困难,由于无线RF的范围相对较短,需要增加额外的中继器。这样一来,无线网状网络中可能会出现瓶颈,而且故障也会影响网络的较大范围。

为了克服上述缺陷,将大规模网络划分为几个小型网络或几个集群(Cluster)。由于节点通过几次跳跃就可到达网关然后到主机,所以集群方式减少了整个网络的执行时间。这种简化的网络拓扑形式大大降低了需要中继器的可能性。从而产生了没有瓶颈的可靠而又稳定的网络。由于在网络中消除了瓶颈,并且无需安装高性能的路由器,对电池供电设备的要求也随之降低,大大减少了网络的维护量。    使用集群方法后,设计的注意力集中于网关的能力。由于WirelessHART通信范围有限,这种方法要求网关尽量安装在靠近现场设备的地方,这样一来,网关至主机的物理连接就成了问题。假如使用铜缆或光缆连接到现场的网关,则采用WirelessHART无线通信节约的成本将被抵消,因此必须消除回程(Backhaul)电缆才能达到进一步节约成本和提高灵活性的目的。菲尼克斯电气公司为了解决这个问题,研发了集成WLAN收发器的WirelessHART智能网关。

为了克服上述缺陷,将大规模网络划分为几个小型网络或几个集群(Cluster)。由于节点通过几次跳跃就可到达网关然后到主机,所以集群方式减少了整个网络的执行时间。这种简化的网络拓扑形式大大降低了需要中继器的可能性。从而产生了没有瓶颈的可靠而又稳定的网络。由于在网络中消除了瓶颈,并且无需安装高性能的路由器,对电池供电设备的要求也随之降低,大大减少了网络的维护量。    使用集群方法后,设计的注意力集中于网关的能力。由于WirelessHART通信范围有限,这种方法要求网关尽量安装在靠近现场设备的地方,这样一来,网关至主机的物理连接就成了问题。假如使用铜缆或光缆连接到现场的网关,则采用WirelessHART无线通信节约的成本将被抵消,因此必须消除回程(Backhaul)电缆才能达到进一步节约成本和提高灵活性的目的。菲尼克斯电气公司为了解决这个问题,研发了集成WLAN收发器的WirelessHART智能网关。

DIN导轨安装的菲尼克斯公司RAD-WHG/WLAN-XD网关包括WirelessHART无线接入点、网络管理器、与WLAN客机连接的网关接口。网关能够连接多至250WirelessHART现场设备,并能将HART数据转换成ModbusTCP格式,从而很容易集成到几乎所有的资产管理系统。连接可以通过卡上的Ethernet通信口或WLAN客户机收发器完成,HARTModbus的变换则是自动完成。网关的编程和诊断可以通过手持式HART编程器或嵌入式Web服务器进行。wirlesSHART数据采用128AES标准加密,WLAN数据采用WEPWPA进行加密。    

综上所述,尽管目前传统的HART设备在石化、电站、食品饮料、石油天然气、水工业/污水处理及其它工业领域的安装量已超过三千万台,但是由于安装电缆的高成本,其中90%绝大部分仪表的有用数据被“困“在现场仪表中,这些有价值的数据不能提供给资产管理系统或其它数据采集系统,HART设备的潜能得不到发挥。WirelessHART提供了将这些现场仪表连接至主系统的安装简便、可靠而又低成本的方法。使用开放的WirelessHART协议,可极大提升仪表性能,大幅提高工厂的生产力和生产效率。WirolessHART是面向过程测量、过程控制和资产管理全面应用的一种可靠的无线网状网络通信协议。近几年,工业过程自动化用户选用WirelessHART协议已超过其它标准,WirelessHART通信协议从而成为最好的无线传感器网络国际标准。可以相信,WirelessHART通信协议将会得到越来越广泛的应用,加速推进工厂物联网时代的到来。

 

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