工業(yè)無線通信系統(tǒng)應用注意事項介紹用戶采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)應考慮選用的國際標準、使用現(xiàn)場情況、應用類型、信號類型、基本設備類型、采集點數(shù)、現(xiàn)場的障礙物及分布情況、傳輸距離、刷新率和無線網(wǎng)絡與控制系統(tǒng)的連接這10個問題。
采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)的用戶越來越多，對于沒有使用過工業(yè)無線通信系統(tǒng)的用戶來說，其對工業(yè)無線通信系統(tǒng)的熟悉程度有限。為了使其了解工業(yè)無線通信系統(tǒng)的基本知識，即作為用戶有哪些問題需要事先考慮，又有哪些資料需要事先做好準備，筆者列出用戶在采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)之前要主要考慮的10件事，以使用戶在規(guī)劃和實施過程中有所準備。
1、采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)考慮的10個問題
①選用的國際標準
工業(yè)無線通信領域的國際標準有：Wireless HART、WIA-PA、WIA-FA和ISA100.11a。
Wireless HART通信協(xié)議由HART通信基金會發(fā)布，得到艾默生過程管理公司、ABB、E+H、MACTek、P+F和西門子在內(nèi)的過程控制廠商的支持，2010年4月12日獲得國際電工委員會(IEC)的認可，成為工業(yè)過程測量和控制領域的無線國際標準IEC62591。
WIA-PA(工業(yè)過程自動化的無線網(wǎng)絡規(guī)范)由中國國家標準化管理委員會提出，得到中國工業(yè)無線聯(lián)盟的支持，2011年10月14日獲得國際電工委員會認可，成為工業(yè)過程測量和控制領域的無線國際標準IEC62601。
WIA-FA(工廠自動化工業(yè)無線網(wǎng)絡技術規(guī)范)由中國科學院沈陽自動化研究所牽頭制定，2014年9月獲得國際電工委員會認可，成為國際上第1個面向工廠高速自動控制應用的無線技術規(guī)范。這一規(guī)范是工廠自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)在線可重構的重要技術，對推進制造業(yè)由傳統(tǒng)的低成本大批量生產(chǎn)模式向高端高附加值的個性化生產(chǎn)模式轉型升級，具有重要意義。
ISA100.11a由ISA(國際自動化學會)的ISA100工業(yè)無線委員會提出，得到霍尼韋爾、橫河、埃克森美孚、GE、山武在內(nèi)的過程控制廠商的支持，2014年9月獲得國際電工委員會的認可，成為工業(yè)過程測量和控制領域的無線國際標準IEC62734。
上述4個國際標準中，除了WIA-FA是面向工廠自動化生產(chǎn)線的外，其余3個均面向工業(yè)過程測量和控制領域，用戶可按所屬領域選用以上標準。
②使用現(xiàn)場
采用工業(yè)無線通信系統(tǒng)時，需要考慮用戶現(xiàn)場是新建還是改擴建。新建項目可按最佳方案考慮系統(tǒng)構成、設備選型及現(xiàn)場安裝布置。改擴建項目考慮的問題相對較多，不但需要對現(xiàn)有系統(tǒng)構成、已運行的現(xiàn)場設備和管線配置情況事先了解，還要考慮怎樣與現(xiàn)有系統(tǒng)連接、原有設備有哪些可以利用、現(xiàn)場安裝設備的位置是否需要變動等問題。
例如改建項目中，將原來的有線現(xiàn)場設備(如各類變送器)改為無線現(xiàn)場設備就有2個方案可以選擇: 一是直接將這些有線設備替換成無線設備。如將有線溫度計、溫度變送器、壓力/差壓變送器換成無線溫度變送器、壓力/差壓變送器；二是保留原有設備，新增相關設備后轉換為無線設備。如給帶HART功能的有線溫度變送器、壓力/差壓變送器配用無線適配器，將有線溫度計和不帶HART功能的有線溫度變送器、壓力/差壓變送器接入單點或多點無線模擬量輸入變送器，即可實現(xiàn)原有有線設備向無線設備的轉換。為了強化無線現(xiàn)場設備的通信質(zhì)量，部分原有有線現(xiàn)場設備的安裝位置也有可能改動。
③應用類型
ISA下屬的ISA100工業(yè)無線標準化工作委員會，按照流程行業(yè)應用中的一般條件，根據(jù)應用中安全性、可靠性和傳輸時延的不同要求，已分別確定6類(0-5類)應用: 0類信息傳輸速度最快，主要用于安全聯(lián)鎖、緊急停車、火災控制等始終關鍵的緊急動作；1類、2類分別用于閉環(huán)調(diào)節(jié)控制和閉環(huán)監(jiān)督控制；3類用于人工開環(huán)控制；4類、5類主要用于信號報警、事件跟蹤和歷史數(shù)據(jù)采集。
工業(yè)無線應用設計的最終目標是涵蓋1-5類，但目前主要集中在ISA100定義的3-5類，重點是4類、5類的參數(shù)監(jiān)測應用。根據(jù)英國石油公司的數(shù)據(jù)，1-5類應用數(shù)量的比值大致為1:2:4:10:10，即4-5類大致占75%的比例，加上3類后約占90%，可見其應用面非常寬。
用戶可根據(jù)具體工程項目，列出屬于3-5類應用的具體參數(shù)。在現(xiàn)階段，無線通信暫時不要在1-2類閉環(huán)控制中應用，更不要應用于屬于0類的安全聯(lián)鎖、緊急停車、火災控制。
④信號類型
信號類型一般可分為模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出，信號由帶各類數(shù)字通信的智能儀表提供。工業(yè)無線通信系統(tǒng)現(xiàn)階段的應用以模擬量輸入、開關量輸入為主，模擬量輸出、開關量輸出則較少。
模擬量輸入信號可通過檢測參數(shù)(如溫度、壓力、流量、物位、質(zhì)量、成分分析等)的無線變送器采集。對于一些暫時還沒有無線變送器傳輸?shù)膮?shù)，可將原有變送器的輸出信號通過無線現(xiàn)場設備采集，如帶HART通信的儀表設備可配用適配器，只有4-20mA輸出的儀表設備可配用能接入該信號的無線溫度變送器(如艾默生公司的848T) 、無線模擬量變送器(如霍尼韋爾公司的XYR6000無線模擬量輸入變送器、無線多組合變送器) 。
開關量輸入一般可通過無線開關量輸入變送器或無線多組合變送器采集。有模擬量輸出的無線產(chǎn)品非常少，筆者僅見到中科博微公司W(wǎng)IA-PA現(xiàn)場無線設備中的WIA-IO4108在支持2路4-20mA輸入信號的同時還支持1路4-20mA輸出信號。
有開關量輸出的無線產(chǎn)品也少，霍尼韋爾公司的XYR6000無線開關量輸出變送器和無線多組合變送器有開關量輸出回路，中科奧維公司W(wǎng)IA-PA的無線遠程控制器中也有4 路開關量輸出信號。
帶各類數(shù)字通信的智能儀表中，各廠家提供的可供數(shù)字通信的類型有差別，如霍尼韋爾公司的XYR400E無線轉接模塊可轉接以下通信協(xié)議：RS232、RS485、Ethernet，橫河電機公司的無線適配器除可轉接HART協(xié)議外，其多協(xié)議適配器還可轉接RS485 Modbus通信協(xié)議，中科博微公司W(wǎng)IA-PA現(xiàn)場無線設備中的無線透傳模塊可轉接RS485/RS232通信協(xié)議。
本章節(jié)是《工業(yè)無線通信系統(tǒng)應用注意事項》連載第一部分，期待讀者繼續(xù)關注工業(yè)無線通信系統(tǒng)應用注意事項連載二。
