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WirelessHART系統應用

無線技術開辟了在廣泛領域進行應用的機會,這包括從加入以前由于物理或經濟上的原因而無法進行的測量,到獲得全廠范圍的功能,如資產和人員跟蹤、安全性和員工工作效率。WirelessHART把重點放在過程自動化的尚無無線標準的核心功能之上。    像有線HART技術一樣,WirelessHART支持全系列的過程監控和控制應用,包括    設備和過程監控;    

環境監測、能源管理、法規遵從;資產管理、預防性維護、先進的診斷;閉環控制(在適當情況下)。   

 WirelessHART技術將補充而不是取代有線儀表,工廠中兩者往往平行工作。WirelessHART技術的向后兼容,包括HART指令結構和設備描述語言,使得使用同一工具便可以方便地同時支持有線和無線設備。WirelessHART設備還希望超越“互換性”,以提供真正的互操作性。這意味著,用戶可以選擇最好的WirelessHART設備,而無需考察制造商是誰,還能夠保證兼容設備可以在一個系統中協同工作,并可相互替代而在主機系統一級依然不喪失功能。   

 WirelessHART設備可以是個獨立的裝置,其消除了到控制系統的模擬連接。該設備可安裝在工廠的任何地方,而無需線纜的花費。過程變量(PV)和HART數據通過WirelessHART網關與控制或資產管理系統連接。WirelessHART應用系統構成如圖3所示。

在現場系統應用中,有線HART+WirelessHART兩種技術相結合提供具有成本效益、低風險的通信解決方案。協同工作,使得在已安裝HART設備上的投資得到保護,而且可以快速、經濟地增加額外的HART設備。    

五、WirelessHART無線網絡組網與設計隨著工業無線網絡應用范圍的擴大,工廠企業開始大規模應用無線網狀網絡技術。構建一個WirelessHART網狀網絡是一個不困難的任務。由于設備類型有限以及網狀網絡具有自組織能力,已不需要進行大量的設計工作,但是隨著網絡規模的擴大,該技術暴露了某些局限性。從邏輯上講,大規模網絡配置有大量設備,這些設備需要通過網狀網絡多次“跳躍”后將獲取的數據返回給主機。隨著跳躍次數的增加,執行時間隨之增加。大規模網絡的管理較為困難,由于無線RF的范圍相對較短,需要增加額外的中繼器。這樣一來,無線網狀網絡中可能會出現瓶頸,而且故障也會影響網絡的較大范圍。

為了克服上述缺陷,將大規模網絡劃分為幾個小型網絡或幾個集群(Cluster)。由于節點通過幾次跳躍就可到達網關然后到主機,所以集群方式減少了整個網絡的執行時間。這種簡化的網絡拓撲形式大大降低了需要中繼器的可能性。從而產生了沒有瓶頸的可靠而又穩定的網絡。由于在網絡中消除了瓶頸,并且無需安裝高性能的路由器,對電池供電設備的要求也隨之降低,大大減少了網絡的維護量。    使用集群方法后,設計的注意力集中于網關的能力。由于WirelessHART通信范圍有限,這種方法要求網關盡量安裝在靠近現場設備的地方,這樣一來,網關至主機的物理連接就成了問題。假如使用銅纜或光纜連接到現場的網關,則采用WirelessHART無線通信節約的成本將被抵消,因此必須消除回程(Backhaul)電纜才能達到進一步節約成本和提高靈活性的目的。菲尼克斯電氣公司為了解決這個問題,研發了集成WLAN收發器的WirelessHART智能網關。

為了克服上述缺陷,將大規模網絡劃分為幾個小型網絡或幾個集群(Cluster)。由于節點通過幾次跳躍就可到達網關然后到主機,所以集群方式減少了整個網絡的執行時間。這種簡化的網絡拓撲形式大大降低了需要中繼器的可能性。從而產生了沒有瓶頸的可靠而又穩定的網絡。由于在網絡中消除了瓶頸,并且無需安裝高性能的路由器,對電池供電設備的要求也隨之降低,大大減少了網絡的維護量。    使用集群方法后,設計的注意力集中于網關的能力。由于WirelessHART通信范圍有限,這種方法要求網關盡量安裝在靠近現場設備的地方,這樣一來,網關至主機的物理連接就成了問題。假如使用銅纜或光纜連接到現場的網關,則采用WirelessHART無線通信節約的成本將被抵消,因此必須消除回程(Backhaul)電纜才能達到進一步節約成本和提高靈活性的目的。菲尼克斯電氣公司為了解決這個問題,研發了集成WLAN收發器的WirelessHART智能網關。

DIN導軌安裝的菲尼克斯公司RAD-WHG/WLAN-XD網關包括WirelessHART無線接入點、網絡管理器、與WLAN客機連接的網關接口。網關能夠連接多至250WirelessHART現場設備,并能將HART數據轉換成ModbusTCP格式,從而很容易集成到幾乎所有的資產管理系統。連接可以通過卡上的Ethernet通信口或WLAN客戶機收發器完成,HARTModbus的變換則是自動完成。網關的編程和診斷可以通過手持式HART編程器或嵌入式Web服務器進行。wirlesSHART數據采用128AES標準加密,WLAN數據采用WEPWPA進行加密。    

綜上所述,盡管目前傳統的HART設備在石化、電站、食品飲料、石油天然氣、水工業/污水處理及其它工業領域的安裝量已超過三千萬臺,但是由于安裝電纜的高成本,其中90%絕大部分儀表的有用數據被“困“在現場儀表中,這些有價值的數據不能提供給資產管理系統或其它數據采集系統,HART設備的潛能得不到發揮。WirelessHART提供了將這些現場儀表連接至主系統的安裝簡便、可靠而又低成本的方法。使用開放的WirelessHART協議,可極大提升儀表性能,大幅提高工廠的生產力和生產效率。WirolessHART是面向過程測量、過程控制和資產管理全面應用的一種可靠的無線網狀網絡通信協議。近幾年,工業過程自動化用戶選用WirelessHART協議已超過其它標準,WirelessHART通信協議從而成為最好的無線傳感器網絡國際標準。可以相信,WirelessHART通信協議將會得到越來越廣泛的應用,加速推進工廠物聯網時代的到來。

 

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