厂商：霍尼韦尔中国公司
  点击数：5187  发布时间：12-03-29 17:17

为了保证工业用户成功应用工业无线仪表系统，必须要确保其工业等级的安全和可靠性，确保提供给DCS控制系统或PLC的过程数据的实时性和可靠性。目前工业无线仪表的国际标准如ISA100或WirelessHART等，都对此有着独特的设计。霍尼韦尔的工业无线仪表产品符合ISA100 工业无线国际标准。

                  
                   霍尼韦尔（中国）有限公司中国区无线产品业务经理  江天生

    ■ 无线干扰严重，工业用户如何能够放心使用？

   江天生：为了保证工业用户成功应用工业无线仪表系统，必须要确保其工业等级的安全和可靠性，确保提供给DCS控制系统或PLC的过程数据的实时性和可靠性。目前工业无线仪表的国际标准如ISA100或WirelessHART等，都对此有着独特的设计。霍尼韦尔的工业无线仪表产品符合ISA100 工业无线国际标准。

   （1）无线通讯频段和发射功率：工业无线仪表采用2.4GHz全世界公用频段（ISM，2400 至 2482.4 MHz) ，并使用直接序列扩频技术（DSSS）和跳频技术（FHSS）。无需重新组态或人工介入，设备可自动跳频。无线仪表的发射功率采用20dBm（即100毫瓦）；无线设备有国家无线电管理委员会核准证。

   （2）可靠性：工业无线仪表必须确保工业等级的安全性和可靠性。霍尼韦尔的无线仪表发射功率为100毫瓦，不会对其它设备造成影响。其它设备也不会影响工业无线仪表的无线通讯，这里的其它设备主要包括：

   •无线电干扰主要是频段干扰。如工厂内广泛使用的对讲机（发射功率为4~5W），但通讯频段必须是预先设定的如409~410MHz。如GSM手机的发射功率一般在几百毫瓦至1瓦等，采用的频段是900MHz。由于采用了锂电池（危险品，航空运输严格限制）供电，在工业使用场合，需考虑因使用锂电池可能带来的安全隐患，所以需要采用本安和隔爆双重安全保护等安全措施；对于相同的频段，主要表现为发射功率的干扰，这时就需要符合国家有关发射功率的核准，以及采用工业级的可靠性设计，如Mesh、DSSS跳频等。

   •工业无线仪表采用2.4GHz公用频段，不会对使用其它频段的无线设备产生影响；即使是对其它同样采用2.4GHz的无线设备，那么由于设备无线发射功率非常小（20dBm，即100毫瓦），而且每次通讯速度快（15ms，即每次占用的时间片很小），也不会对其它无线设备造成影响。

   •其它无线设备不会影响工业无线仪表的无线通讯，主要是基于工业无线设备的特别设计，如Mesh、DSSS跳频、clean channeldetection检测机制、数据包重传机制、自组织自愈合、无线变送器的发射功率自适应功能（adaptive power control），自动选择最优的发射功率如5毫瓦、10毫瓦等，最多100毫瓦。

   （3）工程实践：一般工程设计时，如果条件允许，可以在项目设计前期对现场进行简单的设计勘测，了解现场的无线通讯频段使用状况；了解现场的障碍物分布情况；了解用户的测点分布、数据采集速度、数据集成接口等，以便设计出适合的无线骨干网络。充分挖掘和利用OneWireless工业无线架构的冗余多通讯路径、2.4GHz跳频通讯、冗余网关的设计，确保数据采集的可靠。

   所以ISA100等工业无线国际标准能够确保工业等级的可靠性。

   ■ 怎样才能进一步优化电池供电无线仪表的电池寿命，以确保长时间的电源供应？

   江天生：电池寿命通常与数据采集速度、使用环境温度、温度变化、仪表类型、无线通讯的状态、无线仪表的类型，以及电池容量相关。如设定为1秒的数据采集速度时，电池的消耗要比设置为5秒刷新速度时快；常温25℃恒温条件下的电池使用寿命肯定比恶劣环境条件下寿命更长；无线变送器设置本身的路由功能时会消耗更多的电池；19Ah容量的D号电池要比8.5Ah容量的C号电池使用时间长等。所以需要根据工程需要和设计要求，如通过设置较慢的数据采集速度、无线仪表本身路由功能的开启等方法进行平衡。

   例如Honeywell的无线变送器配置了安全设计、供电持久的安全电池，在无线变送器的刷新速度设定为1秒时常温下电池寿命为4.5年；5秒刷新时为10年，而且电源可智能预测、报警管理。所以在一般工程环境下，可以保证至少2年左右的电池寿命。

   而且，Honeywell的无线变送器设计非常巧妙，可以选型为本地外部24VDC供电或电池供电；无线变送器的数据采集可以设定为1秒或更慢；可以设定本身的路由能力或关闭本身路由功能；无线通讯有自适应功率功能自动选择最优的发射功率等，支持用户根据现场工程实际需要，灵活设计适合的解决方案。

   同时由于电池本身是高能量物品，因此在确保电池必须经过安全设计的前提下，对无线变送器采用隔爆设计和本安设计，使得无线变送器可以应用在工厂危险的领域。

   ■ 无线通讯网络的后期维护成本如何？

   江天生： 在后期维护上，工业无线方案优势有很多。以符合ISA100标注的工业无线仪表系统为例：

   （1）由于无线架构扩展非常简单，能够大大降低扩展时的投资，可以很方便的把无线变送器安装在新增测点处，授权即可。

   （2）无线架构本身的后期维护费用很低，只需维护无线变送器本身即可，无需担心接线进水、连接松动、电缆损坏等。

   （3）无线变送器电池寿命长，能够帮助用户减少更换电池的次数，充分保护用户投资。而且经过工厂认证的安全电池在国内可以采购，能够进一步帮助用户节省成本。

   （4）节省成本还表现在无线网络的统一管理上。无线管理平台可以统一管理整个无线架构的安全管理、网络管理和设备管理，而无需构建多个管理平台或外购第三方网络架构，在后期维护、运行和诊断时非常高效。

   （5）工业无线架构支持无线设备的在线软件升级，实现前后兼容；支持互操作，也能够帮助用户降低总体拥有成本，降低后期维护费用。

   ■ 无线网络以空气作为传输介质，在数据传输的过程中如何保证信息的安全性？

   江天生：无线网络中的安全防护措施应当易于部署，维护简便，并且能够提供多层保护。采用分层的安全措施可以防止多种风险，例如：

   （1）位于工厂之外的被动式监听器可读取和访问数据。为降低这种危险，网络中应当采用机密性和加密的消息传输。端到端的数据加密，意味着数据在到达有线网络之前始终是加密的。

   （2）主动式监听器是指可以截获一个正确的消息然后发送一个错误的消息、更改真实的消息、或者重放过去的消息。为了避免这种情况，网络应当采用消息完整性和重放保护机制，包括时间标签、循环码校验和其它消息标记。

   （3）带病毒的设备可能会取代合法的无线变送器并不断向系统发送错误消息。为降低这种风险，网络采取数据源认证措施。

   （4）拒绝服务式攻击（DoS）。攻击者将用大量的错误消息轰炸系统，使正确消息无法通过网络，在事实上中断所有通过无线网络的无线通讯。安全的网络应当采用认证、网状网络、冗余路径等组合方式来抵抗拒绝服务式攻击，通过高性能网状网络架构减轻这种效应。

   霍尼韦尔OneWireless无线技术内置多层安全措施，确保在上述情形下达到工业等级的安全，还有更为独特的安全设计，如：

   （1）无线防火墙/系统集成安全考虑：无线仪表系统工作站有线网络之间的连接采用即插即用的OneWireless无线防火墙。无线防火墙只允许无线I/O数据双向通过，而网络风暴、网络病毒、垃圾信息等都会被OneWireless防火墙隔离开来，确保无线网络和有线网络的安全；

   （2）现场无线设备加入网络必须经过物理不透明的授权、端对端的通讯认证，通过PDA对无线变送器和多功能节点通过红外端口进行授权，无线设备随即相互完成认证、验证等功能，开始互相通讯。这个授权密码是不透明的，即保证授权过程简单、方便；同时确保保密和安全。

   ■ 用户如何选择最为适合的工业无线应用方案？

   江天生：实施工业无线仪表系统是在现有有线的控制网络基础上，进一步延伸测控的广度和深度，从而达到提高工厂安全水平、设备可靠水平、运行自动化水平及工作效率的目的。工业无线用户首先需要确定自己工厂工业无线仪表应用的具体需求。

   评估无线网络时，要考虑的关键因素有：

    （1）测点类型：需要采集的数据是仅仅包括温度、压力、差压、模拟量、开关量、HART数据、腐蚀、振动，还是也需要支持移动操作、现场巡检、现场Modbus 设备无线转接、可燃气体监测？

    这就关系到是采用单纯的无线仪表网络，还是采用无线主干网络，实现一个无线架构的同时支持多种无线应用。一般来说，工业无线技术不仅限于过程数据采集和设备监控，尤其是在评估网络的未来应用时，在决定无线网络应如何随业务而扩展，并支持多种应用时，这是一个需要考虑的关键因素。

   测点的测量精度也可以一并考虑。

   （2）测点分布：测点分布在数百米的范围内时，可以考虑依靠无线仪表本身的路由来实现数据采集；如果分布在数公里或数十公里的范围内，就需要通过无线主节点构建无线主干网络来实现无线通讯。还需要考察有没有测点分布在完全屏蔽的区域。

   （3）测点数量：由于一个工业无线主干网络可以支持上千台无线仪表，所以需要根据测点的数量确定无线主干网络的无线主节点的数量以及网关的数量。如一个无线主干网络最多可以由40个节点相互无线通讯来构建，每一个节点都可以带60台无线仪表（5s数据采集时）或18台（1s数据采集时）；每一个节点都可以同时作为网关，可以配置冗余网关等。

   （4）数据采集速度/通讯时间滞后：根据应用场合的工程需要，确定无线仪表的数据采集速度是设定为1秒还是5秒？通讯时间滞后是否要求小于250毫秒？如果要求不高，则可以通过仪表本身的路由来实现数据采集；如果要求高，则需要增加无线节点设备的数量，通过构建无线主干网络来实现。

   （5）无线变送器的电池寿命是否满足长时间供电的要求：更换电池的费用并不应当否定减少布线带来的成本节约，但是毕竟也是考虑因素之一。市场上很多厂商提供的电池寿命都是极低刷新速度下的电池寿命。了解到这一点后，用户就应当选择自己所需的刷新速度并询问在该刷新速度下的电池寿命。业内的标准刷新速度通常为3至5秒。

    （6）仪表应用的环境和危险区域：需要考察无线仪表是否可以应用在Class 1 Division 1等危险区域，是否考虑到锂电池而还要采用隔爆设计；需要确定无线节点设备或网关是否能够应用在Class 1 Division 1等危险区域；考察应用的环境温度、湿度等。

   （7）是否需要在整个无线网络中实现端到端的数据安全性：无线网络中的安全防护措施应易于部署、维护简便，并且能够提供多层保护。采用分层的安全措施可以防止多种风险，确定无线网络的安全措施时，应当考虑到工厂和管道的位置、因安全破坏造成的潜在危害、以及传输的数据关键程度。对于要求高度安全性的网络，系统应当提供强大的加密、健壮的认证，以及分层的保护。系统还应提供端到端的数据加密，这意味着数据在到达有线网络之前始终是加密的。

   （8）同DCS控制系统的数据集成：需要确定无线仪表系统同上位控制系统的数据集成接口，能否同上位控制系统实现真正意义上内嵌式数据集成等。

   （9）无线管理工具：需要考察无线仪表的管理工具是否使用方便，是否具有在线组态、诊断等功能。

   （10）扩展性：是否具有扩展性，以满足未来使用需要，及支持多种无线应用来扩展无线网络的规划。

    （11）长期投资和产品前后兼容：采用工业无线技术是一项长期的投资，带来的优点远不止是提高工厂效率，并且还面向未来的业务增长和效率。工业无线网络架构应能够随业务而成长和扩展，因此必须考虑到从安装到支持未来需要的总体成本。

    无线技术带来的优点远不止是避免布线的成本，还包含对以前难以采集数据的地方进行实时访问，以及提高员工效率和安全性等。此外工厂还能从可靠性相关的应用中获益，例如旋转设备的振动监测、安全设备、移动操作站、访问实时数据的手持终端和无线视频等。

   另外无线仪表是否支持前后兼容，能否在线软件升级以达到最新的软件版本，否则前期的投资在未来就可能成为负担。

   （12）国际标准：是否符合开放的工业无线国际标准，支持来自不同厂家的无线仪表的互操作。

   综上所述，应该最初在项目前期阶段就找到这些问题的答案，从而保证选择适当的无线技术，以满足当前和未来应用的需求。
 

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