WIA-PA工業(yè)無線技術(shù)在石化廠能源計(jì)量系統(tǒng)上的應(yīng)用研究

史堃 郭存剛

摘 要 本文結(jié)合WIA-PA技術(shù)在石化廠能源計(jì)量項(xiàng)目實(shí)施過程中的實(shí)際應(yīng)用情況，分別闡述了WIA-PA技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用上的技術(shù)特點(diǎn)，及適用的范圍。

關(guān)鍵詞 WIA-PA;能源計(jì)量;工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò);數(shù)據(jù)采集

前言

通過本項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與石化廠的生產(chǎn)工藝流程計(jì)量統(tǒng)計(jì)相融合，建立工廠生產(chǎn)過程參數(shù)實(shí)時(shí)信息采集、傳輸及顯示分析系統(tǒng)，進(jìn)而解決計(jì)量儀表分布較分散，安裝位置偏僻，人工抄錄費(fèi)時(shí)費(fèi)力的實(shí)際問題，有效提高工人數(shù)據(jù)采集效率，降低工作復(fù)雜度。

1WIA-PA工業(yè)無線技術(shù)

WIA-PA（wireless networks for industrial automation process automation）工業(yè)無線技術(shù)是一項(xiàng)面向大規(guī)模傳感器信息采集和傳輸?shù)闹悄芙M網(wǎng)和高可靠、高安全無線通信技術(shù)，也是我國在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域自主研發(fā)的全國產(chǎn)的工業(yè)無線通信技術(shù)。2011年3月，經(jīng)過國際電工委員會(huì)（IEC）全體成員國的投票，以100%的得票率獲得通過，得到了國際廣泛的關(guān)注和認(rèn)可，成為國際上工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)之一[1]。

2WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)整體機(jī)構(gòu)及硬件配置

WIA-PA整體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層，即現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用控制層。

硬件分別采用了WIA-PA無線IO模塊、WIA-PA無線中繼器、WIA-PA無線網(wǎng)關(guān)。

2.1 現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)采集層

在現(xiàn)場設(shè)備接入WIA的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通常采用以下兩種方式：一是，該設(shè)備本身具備WIA-PA網(wǎng)絡(luò)功能，可直接接入WIA網(wǎng)絡(luò)中。二是，本身設(shè)備不具備WIA-PA網(wǎng)絡(luò)功能，需通過WIA-PA無線IO設(shè)備轉(zhuǎn)換成WIA-PA信號(hào)后的接入。本項(xiàng)目中采用的是第二種接入方式，即滿足了現(xiàn)場對(duì)原有儀表設(shè)備的利用，又很好的接入WIA網(wǎng)絡(luò)中，通過WIA-PA無線IO設(shè)備的中轉(zhuǎn)，使得現(xiàn)場的原有儀表設(shè)備的利舊率達(dá)到90%以上。

該部分硬件設(shè)備采用WIA-PA無線IO模塊作為接入WIA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，與儀表側(cè)則是采用RS485通信方式，便于將就近位置的多塊儀表一并接入同一無線IO模塊中。

通過WIA-PA無線IO模塊自帶的RS233通信接口，完成無線IO的設(shè)備相關(guān)信息的設(shè)置，接入儀表設(shè)備的通信信息的設(shè)置。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

在現(xiàn)場儀表設(shè)備具備WIA網(wǎng)絡(luò)功能后，通過網(wǎng)關(guān)接入廠內(nèi)原有的有線網(wǎng)絡(luò)中。由于WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)融合了‘網(wǎng)狀網(wǎng)和‘星型網(wǎng)優(yōu)勢，形成了復(fù)合結(jié)構(gòu)的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，使得現(xiàn)場儀表設(shè)備即是接入儀表的設(shè)備的起點(diǎn)，又是其他位置偏僻儀表的中繼點(diǎn)，所以現(xiàn)場儀表設(shè)備形成WIA網(wǎng)絡(luò)后，其動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的管理效率提高80%以上，現(xiàn)場儀表設(shè)備的首次入網(wǎng)率達(dá)到99%以上，很好地完成現(xiàn)場設(shè)備的入網(wǎng)要求，這樣也使得后續(xù)的維護(hù)工作強(qiáng)度大大降低。

該部分采用WIA-PA無線網(wǎng)關(guān)作為WIA網(wǎng)絡(luò)的管理者、調(diào)度者與傳輸者。當(dāng)無線網(wǎng)關(guān)配置完成后，無線網(wǎng)關(guān)作為其范圍內(nèi)（可視距離1000m內(nèi)）的網(wǎng)絡(luò)接入中心點(diǎn)，由于單個(gè)WIA無線網(wǎng)關(guān)具備接入40路無線IO模塊的能力，這樣一來能夠滿足可視區(qū)域內(nèi)全部儀表的接入，降低了現(xiàn)場儀表設(shè)備的改造費(fèi)用。

完成WIA-PA無線IO設(shè)備的信號(hào)接入，由于WIA無線網(wǎng)關(guān)采用的是POE-HM模塊的供電方式，很好地解決了化工廠現(xiàn)場供電安全的問題，同時(shí)由于POE模塊本身具備防雷功能，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全、抗雷擊干擾等安全保障又得到了進(jìn)一步的提升。

2.3 應(yīng)用控制層

應(yīng)用控制層主要功能為實(shí)現(xiàn)HMI人機(jī)交互及數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析及綜合利用。該部分主要采用SCADA軟件、數(shù)據(jù)庫軟件。同時(shí)為滿足工作人員監(jiān)視的需求，系統(tǒng)整體采用B/S架構(gòu)管理系統(tǒng)，并采用類似于Microsoft的IIS功能完成數(shù)據(jù)網(wǎng)頁發(fā)布，使得處于現(xiàn)場不同位置的工作人員可隨時(shí)公司局域網(wǎng)內(nèi)的電腦瀏覽器查詢到現(xiàn)場儀表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)。同時(shí)為便于更加直觀查看數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在顯示方式上也采用了曲線、表格等不同的展示方式。

同時(shí)為方便其他設(shè)備用戶對(duì)于該部分?jǐn)?shù)據(jù)的使用，應(yīng)用層在軟件選取上，使用了具備OPS server功能的軟件，為后續(xù)數(shù)據(jù)的再次開發(fā)利用提供的方便。

另外，在網(wǎng)絡(luò)安全性上，為更好地提高生產(chǎn)網(wǎng)本身的安全性，可采用工業(yè)級(jí)的硬防火墻設(shè)備滿足其對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的需求，由于硬防火墻具備對(duì)通過的數(shù)據(jù)全面分析和管理的能力，提高了網(wǎng)絡(luò)安全的“縱深防御”能力，提高了WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的整體的適用范圍[2]。

3現(xiàn)場使用情況

系統(tǒng)經(jīng)過三個(gè)月試運(yùn)行，現(xiàn)場儀表設(shè)備的接入率始終保持在99%以上。同時(shí)對(duì)采集數(shù)據(jù)的進(jìn)行對(duì)比，在排除人為誤差后，WIA-PA無線設(shè)備的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性在99%以上，誤差范圍均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。該系統(tǒng)在現(xiàn)場已具備取代人工的現(xiàn)場抄表的數(shù)據(jù)依據(jù)。在采用WIA-PA無線設(shè)備遠(yuǎn)程抄表后，大大提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集效率，降低了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人為誤差，對(duì)工廠的能源計(jì)量的準(zhǔn)確性、及時(shí)性都將得到很大的提高。

同時(shí)，由于WIA-PA無線設(shè)備在安裝過程中無須進(jìn)行布線，大大降低了設(shè)備的安裝成本，并且WIA無線設(shè)備具備自動(dòng)重新入網(wǎng)的功能，在后續(xù)的儀表維護(hù)時(shí)，無須再次入網(wǎng)調(diào)試，減輕了人工的二次維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度。

4結(jié)束語

基于WIA-PA工業(yè)無線技術(shù)的能源計(jì)量系統(tǒng)，很好地完成了低成本高可用度的數(shù)字化信息系統(tǒng)改造工作。其高穩(wěn)定性、易于擴(kuò)展、低維護(hù)量及維護(hù)成本，都將使其在后續(xù)的數(shù)字化改造中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾鵬，于海斌.工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIA標(biāo)準(zhǔn)體系與關(guān)鍵技術(shù)[J].自動(dòng)化博覽，2009，（1）：30-33.

[2] 曲家興，周瑩，王希忠，等.工業(yè)控制系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)安全體系的研究[J].信息技術(shù)，2013，（1）：44-46，50.