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工业衡器产品的无线通讯:工业无线,三足鼎立

方原柏  发布于:2014-09-30

  1 概述b8983【中国自动化网社区】c0c7d9【http://sns.ca800.com】b1

  工业衡器产品相当一部分归属于检测、计量仪表,其中也包括带控制功能的工业衡器产品,如带连续PID控制功能的配料用电子皮带秤、带开关量连锁、顺序控制功能的料斗式秤和包装生产线。这些工业衡器产品都是整个企业信息自动化的一部分,他与其他自动化仪表产品一样应该融入整个系统中,成为企业信息自动化整体的一个有机构成部分。所以工业衡器产品应关注信息自动化整体的发展趋势,特别是一些代表未来方向的一些动态,以便及时把握机遇,更上时代发展的潮流,也为衡器产品自身的发展创造条件。ec【中国自动化网社区】7f23e2【http://sns.ca800.com】f21

  我们可以回顾一下历史,在上世纪六十年代末期,国内开始研制、生产、使用DDZ-II型电动单元组合仪表,各类仪表间的联系信号是0~10 mA,到上世纪七十年代中后期,信号制又与国际标准信号统一,均为4~20mA,工业衡器产品中的二次仪表,也逐渐增加了相应的输出,如0~10 mA、4~20mA输出,以便与单元组合仪表或控制系统连接。我们可以看到,在上世纪八十年代中后期,有这样功能的仪表基本上普及了,而在这一过程中动作慢的厂家,其产品就面临出局的窘境。稍后一点控制系统和计算机应用普及了,RS-232、RS-485通讯用的越来越多时,带RS-232、RS-485通讯口又成了工业衡器产品二次仪表的标准规配置。令作者印象最深的是当现场总线风靡全球的时候,首先在冶金系统大量使用了PLC技术和Profibus 现场总线,当时设计院设计时不希望一些较为复杂的设备与PLC之间采用4~20mA这样的方式互联,而希望能像一些高端变频器一样,直接采用Profibus-DP 总线通信。2002年,当“中国 PROFIBUS 产品测试实验室”成立时,一个衡器厂家将其生产的SYSTEM-6系列仪表,作为第一个中国国内厂家生产的产品在2002 年 12 月通过了PROFIBUS-DP测试。该厂拿到这一证书后,在国内冶金系统,特别是烧结流程的招标中赢得了大量的订单,使人不得不佩服该厂领导人的远见卓识。ec【中国自动化网社区】7f23e2【http://sns.ca800.com】f21

  近年来,信息自动化行业一些新的技术发展迅猛,这其中是否又酝酿着商机,需要我们衡器行业紧跟呢?c8【中国自动化网社区】986861【http://sns.ca800.com】81b597c

  作者看好工业无线技术,也希望工业衡器产品尽快推出无线化的产品。本文将首先介绍通用的工业无线产品,然后就工业衡器产品无线化的途径作初步的探讨。c8【中国自动化网社区】986861【http://sns.ca800.com】81b597c

  2 工业无线产品介绍c8【中国自动化网社区】986861【http://sns.ca800.com】81b597c

  2.1 工业无线通信标准8f【中国自动化网社区】2fee6e【http://sns.ca800.com】a4e0

  作为无需布线的通信方式,工业无线通信近年来越来越被人们所青睐。工业无线通信技术是本世纪初新兴的无线通信技术,他面向仪器仪表、设备与控制系统之间的信息交换,是对现有通信技术在工业应用方向上的功能扩展和提升。作为工业自动化领域前沿热点技术,工业无线技术引领了工业自动化系统未来的发展方向。他的问世将引发传统工业测控有线模式的变革,引领工业自动化系统向着低成本、高可靠性、高灵活性的方向发展。8f【中国自动化网社区】2fee6e【http://sns.ca800.com】a4e0

  中科院沈阳自动化研究所研究员曹鹏是这样评价工业无线通信技术:“工业无线技术是继现场总线之后,工业控制领域的又一个热点技术,是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术,也是未来几年工业自动化产品新的增长点”[1]。8f【中国自动化网社区】2fee6e【http://sns.ca800.com】a4e0

  国际上目前引起业界广泛关注的工业无线通信标准主要有WirelessHART、ISA100.11a和WIA-PA,可谓是工业无线,三足鼎立。8f【中国自动化网社区】2fee6e【http://sns.ca800.com】a4e0

  WirelessHART通讯协议是2007年9月由HART通讯基金会发布,它是第一个专门为过程工业而设计的开放的可互操作的无线通讯标准,2010年4月12日国际电工委员会(IEC)全票表决通过WirelessHART协议成为工业过程测量和控制领域的无线国际标准IEC 62591,这一新标准得到艾默生过程管理公司、ABB、E+H、MACTek、P+F和西门子在内的过程控制厂商的支持,在非营利机构HART通讯基金会的框架下开发完成。WirelessHART协议提供了一种低成本、低传输速率的兼容现有HART设备的无线解决方案,主要应用于过程工业监控、资产管理、在线测试和诊断等领域。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  ISA(International Society of Automation,国际自动化学会)的ISA100工业无线委员会是由终端用户和技术提供者组成,他所提出的工业无线标准ISA100.11a于2009年4月24日通过,这是ISA100标准族中的第一个标准,2009年9月正式发布。该标准得到霍尼韦尔、横河、埃克森美孚、GE、山武在内的过程控制厂商的支持,霍尼韦尔公司推出了与ISA100.11a工业无线通信标准兼容的解决方案——OneWireless产品。ISA100.11a标准和OneWireless工业无线网络能够为工业领域提供一个可扩展的、统一的无线架构平台,实现一个无线网络架构支持多种多个标准、多种协议以及目前市场上存在的所有无线设备(802.11a/b/g)的工业无线应用。我国重庆邮电学院作为核心单位参与该标准的制定,不仅策划了2008年4月在重庆召开“ISA100.11a标准化会议”,还在2008年10月赴美展出了自主开发的ISA100.11a系统,并与Nivis公司一起搭建了ISA100 WCI一致性测试与验证展台[2]。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation)是一个工业过程自动化的无线网络规范,他是由中国国家标准化管理委员会提出,主要成员包括中科院沈阳自动化研究所、浙江大学、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、重庆邮电大学、上海工业自动化仪表研究所、北京科技大学、西南大学、中科博微公司、浙江中控集团、东北大学、大连理工大学等十余家单位,并得到中国工业无线联盟的支持。WIA-PA 于2008年10月31日经过国际电工委员会(IEC)全体成员国的投票,以96%的得票率获得通过,作为公共可用规范IEC/PAS 62601标准化文件正式发布。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  所以专家们用一句话概括了当前的局面是:工业无线,三足鼎立。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  2.2 工业无线通信系统构成61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  一般来说,工业无线通信系统由以下三个主要部分构成:无线现场设备、无线网关、无线管理平台。无线现场设备是带无线通讯功能的变送器类设备;无线网关支持同无线现场设备的无线通信并构建一个通信速度非常快的无线通信主干网络;无线管理平台管理无线现场设备和无线网络,并实现与应用主机(如DCS、PLC、FCS等控制系统)的通讯。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  就工业衡器产品无线化来说,衡器厂家要作的工作主要是为用户提供工业衡器产品的无线现场设备,当然必要时也需要与提供工业无线通信系统的主流厂家联合为用户提供全套的工业无线通信系统的全套设备和应用技术。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  3 工业衡器产品无线化的途径61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  WirelessHART适配器(见图3)可应用于2线或4线制HART设备,实现测量和诊断信息的无线传输,所以一部分公司直接将适配器称为“升级适配器”。适配器是利用现有有线仪表的供电工作,本身无需电池。适配器可以在有线HART设备所使用的4~20mA回路内的任何一处连接,但通常是使用有线HART设备的备用电缆接头或T形接头连接,只需将图3中看到的适配器一端螺纹接头旋入其中即可,并从有线HART设备上的电气接线上获得回路供电。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  艾默生公司的THUM WirelessHART适配器形象地称为“大拇指”,MACTek公司Bullet WirelessHART适配器形象地称为“子弹头”(分别见图3左和右)。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

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  图3 WirelessHART适配器61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  通过WirelessHART适配器,用户可以方便、经济有效地将任何一个HART设备转换为无线设备,一方面可以充分利用现有设备,另一方面可以以扩大应用范围,因为现有HART设备中仅有少数品种有无线产品,如艾默生公司无线分析变送器目前只有pH值和电导率两类参数的变送器,但由于该公司的水质分析仪均具有HART通讯功能,所以,当他们选配了WirelessHART适配器后,都可以升级成准无线设备接入无线网络,如酸/碱浓度、溶解氧、氯、臭氧、浊度等水质分析仪,可以最大限度地满足各行各业的应用需求。此外,WirelessHART的生产厂商中有一部分自身无能力提供现场设备,只好以适配器+有线HART现场设备提供WirelessHART 现场设备已满足应用要求。61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  mV、Ω、普通4~20mA 848T无线温度变送器61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

  HART信号的无线转接模块 无线模拟量输入变送器61【中国自动化网社区】e5aa65【http://sns.ca800.com】c0ded94

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