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现场设备未来会运用一致的无线协议吗?

过程工业对新技术的接受,不是一蹴而就的。从另一方面来讲,正常情况下,只要这些技术的应用能够带来足够大的收益,大到超过它完全不工

  进程工业对新技能的承受,不是一蹴即至的。从另一方面来讲,正常状况下,只需这些技能的运用可以带来足够大的收益,大到超越它完全不作业或作业不稳定所带来的危险,那么进程工业会循循渐进地在某些运用上运用这些技能。许多用户会在一些非要害的、实验性质的运用上测验新技能。在运转成功,并且取得足够大的经济效益后,就可规划用于新工厂的建造,可是建造地址有必要有供货商的服务支撑。这样,新技能会逐渐地用于新建工厂的建造以及严重的现代化项目,终究成为工业规范。基金会总线(FF)的开展就遵从了上述道路,其根本技能终究在1996年成为规范,在大约20年后的今日,它现已成为比方石油锻炼、化工和医药出产等接连流体进程工业新建工厂和现代化改造时所运用的规范。

  正如在2000年左右,有线通讯规范所在的局势相同,现在在无线现场外表规范范畴,直接竞赛的规范有:IEC 62734 (ISA100.11a) 和IEC 62591 (WirelessHART)。它们看起来都十分类似,因为都是根据IEEE 802.15.4发射芯片;但实践上它们十分不同,无法互相兼容。WirelessHART,由HART通讯基金会规划,经过无线网络,尽可能简略地传输HART数据,并可经过常见的HART东西和办法来装置和办理数据。ISA100无线则是由来自超越250个国家的专家所组成的一个敞开规范组织规划,是一种根据无线网络的电信协议,用于进程数据的输出,无论是现有的设备,仍是未来的、现在还没有创造出来的运用上,都可以运用。它的规划首要是为了完结高效的HART传输,尤其是传输任何运用IEC 61804 (EDDL)规范的现场总线数据方针。

  图1 在某炼油运用中,多个现场温度变送器可以一起处理多个温度探头。图片来历:Yokogawa

  无线现场外表协议的规范之争

  导致无线现场外表协议没能取得更大规模认可的一个问题是:大多数新建工厂和大型现代化项目现在运用的都是基金会现场总线,一种有线、全数字网络,高度智能化的现场外表总线。所以虽然WirelessHART和ISA100无线网络可以经过ROM(长途操作办理器:一种现场总线基金会类型的网关)在互相网络间完结简略的数据交流,可是,一个真实智能化的无线版别的FF,而不是无线现场外表,依然不存在。现场总线基金会还没有测验的是作业在Wi-Fi上的FF HSE(高速以太网),或许是作业在根据 ISA100无线IP网络的FF HSE(高速以太网)。现在没有任何FF HSE无线版别,可以衔接由供货商供给或认证的设备。

  用户们知道,在所有无线网络规范竞赛者中,有两家取得了首要外表公司的支撑。但更让用户忧虑的是,经常出现这样的状况:他们喜爱的现场外表供货商所支撑的无线网络规范,和他们喜爱的DCS供货商所支撑的无线网络规范,并不共同。用户等待供货商可以处理这个问题,而不是使其变得更糟。缺少一致的无线网络规范,或许取得广泛工业实践认可的协议,导致用户对无线现场外表的承受程度比较低。当然了,在一些无线优势比较显着以及非快速操控回路的运用上是个破例。

  ISA100与WirelessHART的比较

  ISA100与WirelessHART协议的不同特性是什么?正如HART通讯基金会对该渠道的描绘中所说的,“WirelessHART技能答运用户从这些现已装置的智能HART设备上取得更多的未运用的信息。”

  很显着,ISA100首要用于完结与智能进程操控现场外表的通讯,经过简略便利的组态就能满意高功用要求。 根据规范的规则,在预备ISA100无线设备时,有许多种组态办法可供挑选。在规范中,给出了这些选项的默认值调集,咱们称之为路由特点,这些特点现已被优化,可用于维护进程操控现场外表的“Mesh”网络。

  因而,无线进程操控外表用户不需求为新无线外表组态,以满意该规范任何选项的要求。其它无线设备厂家或许有专门的费用,功用或安全方面的需求,或许需求运用在规范中为低成本设备所界说的I/O装备,或许需求对其它的ISA100特性做调整以满意它们的要求。客户定制版别的ISA100可以根据路由装备完结与现场外表的互相操作,这是可以保证并经过合规测验的。可是ISA100无线装备的调整,则不是客户需求考虑的问题。

  在ISA100的规划进程中运用的根本需求集,与许多年前在规划FF进程中运用的根本需求集相同。无论是ISA100,仍是FF,其结构的根本是点对点通讯,而不需求主机或网关中继。ISA100和FF设备都有同步时钟,以支撑智能网络设备中的时序组织。ISA100设备同步时钟的精度可达± 1.0 ms。这是为了满意电网用户对过后停机序列剖析的需求而设置的。

  例如,大多数进程操控现场外表每秒钟采样一次(1Hz),这关于监督和大多数闭环操控现已足够了。ISA100可以将这些打上时标的数据,传递给完结这些操控功用的DCS体系。WirelessHART没有时刻同步功用。在组态中,假如流体操控的改写率大于每秒一次,那么只要ISA100可以供给超越每秒一次的同步呼应。典型的蒸馏塔操控所需的数据改写速度为秒钟2-4次。为满意该功用,应将流量变送器与最小的“Mesh”网络衔接,以保证同步采样时刻。ISA100支撑最大100ms的推迟,以及为了使数据可以在单个周期中就可以抵达操控器且没有不确定的网络延时所有必要的现场Backhaul路由器。

  在实践运用中,假如流量操控的频率要求大于4Hz,用户就有必要装备ISA100数据链层,该数据数据链层最快的处理速度可达12Hz,这是现在规划的极限,可以满意用户的处理要求。ISA100具有该功用,不需求修正协议,也不需求创立现场总线基金会互操作测验不支撑的新功用块。

  对杂乱数据的传输

  在现场剖析外表范畴的运用,或许需求传输较长的数据序列,这些数据无法分红较短的信息,以便在10ms周期内完结传输。因而,包括无线数据剖析仪的网络单元,可以运用ISA100协议以便传递较长的数据信息。这些运用可以将信息切割成小于90个字节的数据,然后可以节约宽带资源。ISA100支撑将分段的长信息重组。WirelessHART因为运用固定的10ms扫描周期,并且其网络层过火简化,因而并不适用于高效传递长信息,而是将切割和重组长信息的职责留给了运用程序。将其置身于规范及合规测验之外,使得很多的厂家开发可互相操作产品的难度加大。

  ISA100特有的功用之一是在现场设备和网关之间的“地道”技能,这样即便设备运用的数据协议与ISA100的大不相同,该技能也能使其具有在整个ISA100无线网络上传递任何数据流的才能。作为优先挑选的办法,面向方针的ISA100运用层具有已激活的无线适配器,可以运用ISA100方针模型和服务,发生简略、有用的信息。该设备可以内置ISA100,也可以运用适配器,以设备最原始的方式比方:Modbus、 DeviceNet、 ControlNet、 EtherNet/IP、 Profibus和 HART等协议来完结通讯,并将信息封装,经过ISA100无线网络将其传递给网关。

  大多数运用现已运用ISA100方针模型,运用上面提及的原始网络协议传递数据,不用运用地道技能。网关软件可以将包括在原始信息中的数据传递给方针接收器。已然ISA100适配器具有IP地址,因而外部体系就可以像与其它任何IP设备交互相同,将信息传递给具有该IP地址的现场设备。

  智能设备上可以运转FF HSE,该协议也是根据UDP/IP的。运用已发布的、与FF协议兼容的ISA100特性, ISA100无线网络可以与任何其它运转相同协议的设备同步交流信息和数据。

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