工業(yè)無線國際標(biāo)準(zhǔn)介紹，重點(diǎn)剖析ISA-100.11a（二）

霍尼韋爾自動化集團(tuán)過程控制部 Soroush Am idi

無線設(shè)備在線授權(quán)、組態(tài)和配置

ISA-100.11a支持用戶采用各種不同級別的安全措施通過無線方式對無線設(shè)備進(jìn)行授權(quán)、組態(tài)、配置。該功能也支持最終用戶使用數(shù)字或靜態(tài)安全密鑰從ISA-100.11a安全管理平臺對無線設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的授權(quán)和配置。

無論采用何種組態(tài)方式，用戶都可以通過ISA-100.11a系統(tǒng)管理平臺或資產(chǎn)管理平臺來進(jìn)一步修改無線現(xiàn)場儀表的組態(tài)信息，ISA100網(wǎng)關(guān)支持資產(chǎn)設(shè)備管理平臺的通訊協(xié)議如HART。

基于IPv6 over Low Power WPAN（6LoWPAN）的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)

ISA100并未閉門造車，而是采用6LoWPAN IETF工作組制定的規(guī)范。IETF已經(jīng)定義了封裝和頭文件壓縮機(jī)制，可以從低功率無線局域網(wǎng)（LoWPANs）發(fā)送和接收IPv6數(shù)據(jù)包，LoWPANs主要定義由“符合IEEE 802.15.4-2003標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備”組成的網(wǎng)絡(luò)。這些設(shè)備的特點(diǎn)是低比特率通訊帶寬、低發(fā)射功率、低成本，以及低運(yùn)算能力要求、低內(nèi)存和低電源消耗。

工作組已經(jīng)解決了6LoWPAN設(shè)備之間的IP通信相關(guān)的問題。采用成熟的規(guī)范使ISA100能夠充分利用IETF的工作成果，以及該組織未來對此規(guī)范的進(jìn)一步拓展的增強(qiáng)功能。

Crosby工廠實(shí)例

2009年，A rkema公司的Crosby工廠（位于美國德克薩斯州休斯頓市正北）同意ISA 100標(biāo)準(zhǔn)委員會測試機(jī)構(gòu)WCI（W ireless Compliance Institute，WCI）和ISA-100.11a無線現(xiàn)場儀表供應(yīng)商在他們的工廠做互操作測試。該工廠生產(chǎn)液態(tài)有機(jī)過氧化物，主要用于生產(chǎn)塑料樹脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯玻璃鋼、丙烯酸樹脂。

在ISA標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)發(fā)布ISA-100.11a工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)之后數(shù)天內(nèi)，ISA100標(biāo)準(zhǔn)委員會測試機(jī)構(gòu)WCI就在該工廠安裝了多個(gè)供應(yīng)商無線儀表產(chǎn)品組成的用戶測試系統(tǒng)，以證明不同供應(yīng)商無線設(shè)備之間的互操作性。

ISA-100.11a的眾多應(yīng)用已經(jīng)得到證明，包括溫度、壓力、觸點(diǎn)閉合、閥門位置、氣體檢測、腐蝕檢測等。大多數(shù)無線儀表都應(yīng)用在戶外，從而節(jié)省了有線方式時(shí)的布線成本。最初確定的四個(gè)應(yīng)用場合是：

500000加侖的消防水箱：消防安全水箱必須隨時(shí)保持充滿狀態(tài)，以前僅依靠簡單的機(jī)械液位計(jì)檢查液位狀態(tài)，效果較差，而在該位置安裝有線差壓變送器測液位的布線成本又比較高昂。

冷藏室：眾多冷藏倉庫的溫度在0℃以下。如果這些倉庫超出規(guī)定的溫度，產(chǎn)品可能分解，甚至發(fā)生火災(zāi)。溫度數(shù)據(jù)通過電話報(bào)告到控制室，遠(yuǎn)程聲音警報(bào)用于指示倉門是否打開。無線溫度變送器和倉門位置傳感器安裝在三個(gè)倉庫中，實(shí)時(shí)監(jiān)測異常狀況，并報(bào)告。六臺無線變送器相互無線通訊證明了ISA-100.11a無線儀表的相互路由功能。

HART無線轉(zhuǎn)換模塊：安裝在廢水箱的有線液位傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇母綄倏刂剖抑?，而非中央控制室。現(xiàn)場把該有線變送器輸出的模擬輸出信號或HART信號接入并聯(lián)的ISA-100.11a無線轉(zhuǎn)接模塊中，即可以通過無線方式將液位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)集成到中央控制室的控制系統(tǒng)中。

可燃?xì)怏w變送器：該工廠有許多場合需要監(jiān)測可燃?xì)怏w。在現(xiàn)有的有線毒氣變送器旁邊安裝一個(gè)無線氣體傳感器。在成功試用之后，完全可以在更大的范圍內(nèi)采用無線可燃?xì)怏w變送器，甚至擴(kuò)展到整個(gè)工廠范圍。

應(yīng)用 無線變送器類型 數(shù)量 測量范圍 刷新速度水箱500000加侖 差壓 1 水0-400 30s

冷藏 溫度 3 -20至14010s冷藏 離散輸入 3 斷開/閉合 10s

圖1 位于Arkema的變送器

圖2 參與Arkema用戶測試的供應(yīng)商

在現(xiàn)場安裝了一個(gè)無線主干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中包括兩個(gè)ISA-100.11a主干網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備，構(gòu)建無線主干網(wǎng)絡(luò)，覆蓋測點(diǎn)區(qū)域。主干網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備相互無線通訊（WiFi），安裝簡單，主機(jī)系統(tǒng)通過主干網(wǎng)絡(luò)的無線通訊即可獲取整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行集成。

測試的無線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)證明了ISA-100.11a標(biāo)準(zhǔn)的靈活性，其中主干網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備提供廣泛的室外無線覆蓋，而無線儀表本身的路由網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)一步延伸未覆蓋的區(qū)域。

Arkema對主干網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備的覆蓋范圍表示驚訝，這是因?yàn)樵谝寻惭b的九臺無線變送器中，七臺無線變送器直接同主干網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備無線通訊，建立了穩(wěn)定的無線連接。而其余兩臺無線變送器位于更遠(yuǎn)的區(qū)域，它們通過與其它無線變送器相互通訊，通過無線變送器本身的路由所構(gòu)建的無線網(wǎng)絡(luò)，最終進(jìn)入無線主干網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。所有已安裝的無線變送器都組態(tài)具有本身的路由功能，未來可以在現(xiàn)場添加更多的無線變送器，而無需額外的主干網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備。

Arkema安裝的無線變送器都經(jīng)過ISA100標(biāo)準(zhǔn)委員會測試機(jī)構(gòu)WCI的設(shè)備互通性測試，符合ISA-100.11a標(biāo)準(zhǔn)。該硬件/軟件測試工具使用XML腳本以透明和獨(dú)立于某個(gè)特定的無線儀表供應(yīng)商，并在ISA-100.11a系統(tǒng)管理平臺上測試、運(yùn)行。

所有無線變送器經(jīng)測試符合ISA-100.11a標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)批準(zhǔn)在Arkema使用。

為了驗(yàn)證工廠級無線覆蓋的概念，最初的無線變送器安裝到工廠的外圍。根據(jù)對工廠的現(xiàn)場觀察，布置主干網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備，而沒有進(jìn)行任何類型的無線現(xiàn)場勘測，即可以構(gòu)建覆蓋測點(diǎn)區(qū)域的無線主干網(wǎng)絡(luò)。

2009年9月，ISA-100.11a正式發(fā)布成為ISA標(biāo)準(zhǔn)，成為開放的工業(yè)無線國際標(biāo)準(zhǔn)。該無線現(xiàn)場儀表標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，便出現(xiàn)了另一個(gè)無線現(xiàn)場儀表標(biāo)準(zhǔn)——HART Foundation制定的IEC 62591Ed 1.0標(biāo)準(zhǔn)。此外，還有中國儀器公司聯(lián)盟推出的IEC 62601標(biāo)準(zhǔn)也通過審批。

如上所述，目前整個(gè)過程控制行業(yè)還沒有完全確定或公認(rèn)哪一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，了解這些標(biāo)準(zhǔn)的來龍去脈更為重要，以便用戶或儀表供應(yīng)商能夠有效地評估哪種標(biāo)準(zhǔn)更能滿足他們現(xiàn)在和未來的需求。