无线运营:专有与标准;采用者与落后者

使用当前方法和协议的无线网络已经成为过程工业的一部分超过十年了。设施采用无线网络的原因有很多，但通常可以归结为两类。

第一类是反应性的;无线技术被用来加强饱和的有线基础设施，或者在难以通过有线进入的地方。第二类是主动型;无线是快速增加仪器仪表和通信能力的关键手段，而不需要有线仪器所需的成本、长安装时间和可能的停机时间。

无论哪种类型，最终目标都是提高设施的生产力和员工的效率。尽管行业中有经验的人员较少，整体工人数量减少，但仍有不断追求盈利的动力。

今天的网络协议满足成功的四个要求:

• 可靠的通信
• 安全数据传输
• 确定性通信
• 管理功耗。

Wi-Fi等现场网络

当大多数人想到无线时，他们首先想到的是无线以太网(Wi-Fi)网络，它将电脑、手机、平板电脑和其他设备连接到办公室、家庭甚至工业网络。虽然Wi-Fi功能广泛，适用于各种各样的应用，但它的高功耗要求和高协议开销使得它不适用于需要以年为单位测量电池寿命的测量设备。不过，wi - fi设备的普及及其提供的高带宽使其适用于用于其他目的的无线工厂网络(wpn)，如图1所示。

图2:使用WirelessHART，网络上的每个设备都可以同时充当仪器和中继器。提供:艾默生自动化解决方案[/标题]

对于wpn和更广泛的地理网络，如市政水或电力公用事业应用，Wi-Fi的替代方案包括长期演进(LTE)和无线互操作性微波接入(WiMax)。这些网络提供了处理覆盖距离、带宽、移动性和网络支持的不同方式。在某些情况下，部署可能涉及商业网络提供商的参与，或者可能由私人安装和维护。LTE和WiMAX适用于各种用例，但不适用于过程仪表网络。

另一个可以应用于工业环境的商业协议是蓝牙，它的后来的化身是低能耗蓝牙。蓝牙最初被设计为一种短距离、点对点连接的有线替代技术，如无线电脑键盘、蜂窝电话耳机和耳机。工业适应性包括将笔记本电脑连接到可编程逻辑控制器(PLC)以实现配置和维护功能，而无需物理电缆，以及其他类似的短距离应用。

无线仪表网络

支持用户接受的积极因素之一是无线现场仪器仪表网络标准协议的建立。管理无线过程仪器的两个主要标准:国际自动化学会(ISA) 100.11a-工业自动化无线系统:过程控制及相关应用和WirelessHART，分别采用IEC 62734-工业网络-无线通信网络和通信配置文件和IEC 62591-工业网络-无线通信网络和通信配置文件-WirelessHART作为国际标准。虽然这些标准涵盖了大部分相同的材料，但它们的方法却有很大的不同。两者都在供应商和用户中建立了良好的声誉。

第一个进入市场的是WirelessHART。第一个WirelessHART现场设备于2007年发布。为了克服工业应用中固有的干扰问题，WirelessHART使用了一个网状网络(图2)，其中每个设备充当网络的中继器，为信号到达接入点或网关提供多条路径。由于它是由FieldComm Group专门为工业应用设计的，任何制造商的认证设备都可以相互交互。此外，带宽使用和安全考虑因素也针对测量和控制应用进行了优化。由于无线仪器通常是由电池供电的，该协议的设计是为了最大限度地减少电力消耗。根据给定设备向主机提供测量更新的频率，电池寿命最长可达10年。

制定ISA100.11a标准是一个长期项目，直到2009年才完成。它是ISA100家族的一部分，该家族涵盖了更广泛的无线应用。ISA100.11a是专门针对无线仪器仪表的。它采用了一种不同的方法来考虑设备如何连接，要求用户确定它们如何交互。这需要比WirelessHART要求的更高程度的网络管理，因为它是自组织的。

通常安装ISA100.11a，以便现场设备直接与一个或多个接入点通信，然后这些接入点与无线网关设备通信，无线网关设备安排通信并将数据转发到主机系统。ISA100.11a设备也可以配置为在网状网络中工作，当有必要提高信号可靠性时，但这会降低电池寿命。

在一些应用中，各种低功耗广域网络(lpwan)已经得到了不同程度的成功。这些协议的最初应用是在非常大的区域内进行非常低带宽的通信，例如用于电力和天然气分配公司的智能电表，其中个人客户的电表通常每天发送一次更新。虽然它们具有极长的范围，但这些协议的极低带宽和缓慢的更新时间使它们不适合大多数工业监控应用。

采用者与落后者

根据埃弗雷特·罗杰的创新扩散在美国，新技术的采用可以用一条曲线来描述，从乐于实验和尝试新技术的创新者和早期采用者，到非常晚才加入的落后者(图3)。在2007年至2010年期间安装了第一批WirelessHART和ISA 100.11a设备的工程师符合创新者的描述。大型仪器仪表供应商大量投资开发使用WirelessHART和ISA100.11a的设备，支持了这些创新者和早期采用者的成功。

当WPN与无线仪表网络结合使用时，工厂人员很快就意识到许多优势(图4)。例如，通过现场移动工作应用程序，工厂人员可以访问控制系统数据，从而提高操作员和工程工作流程的效率，从而减少环路调试时间，最多可减少50%。其他应用，如位置监控，可以显著提高事故期间的集合，无线摄像机提供了显著的安全和操作优势。

从无线仪器市场的现状来看，WirelessHART目前正进入早期多数阶段。石油天然气、石化、电力和其他过程工业市场中的大多数大型工业客户都安装了WirelessHART网络。

扩大仪表范围

第一代无线仪器都是关于过程变量的，但用户很快意识到提供的额外数据可以实现资产状态监测和其他应用。例如，添加一个启用wirelesshart的声学传感器可以确定蒸汽疏水阀是否在浪费能量，或者减压阀是否在泄漏。由于WirelessHART网络的功能，同样的概念现在可以扩展到各种诊断应用程序。

虽然节省布线成本仍然是一个主要的好处，但无线仪器和网络的最大价值是能够促进无处不在的传感系统。随着终端设备和网络成本的下降，工厂运营商收集数据和支持决策的能力在许多不同的应用中得到了提高。

肖恩·黑尔全球业务发展总监在哪里艾默生自动化解决方案．Hale在许多行业领域的仪器仪表和控制领域拥有超过27年的经验。他20年前加入艾默生，在澳大利亚悉尼担任现场技术员，曾担任多个职位，包括国际项目的项目设计和调试工程师、业务发展经理、产品管理总监，现在是Rosemount - wireless的全球业务发展。Shane曾参与多个标准委员会委员会，包括AGA气体测量委员会和ISO标准工作组。由内容副经理艾米丽·冈瑟编辑，控制工程， CFE传媒，eguenther@cfemedia.com．

更多的答案

关键词:无线工厂网络(WPN)， WirelessHART

• 无线工厂网络设计与管理
• 的值无线仪器
• 协议用于wpn。

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