智能無線網(wǎng)絡WIA產品及其解決策劃方案探析

1、智能無線網(wǎng)絡WIA產品及解決方案 中國科學院沈陽自動化研究所建立于1958年。作為國家自動化領域的要緊研究機構，沈陽自動化研究所建因此來共完成各類科研項目1000多項，獲得國家、中國科學院和各部委及省、市科技成果獎200多項，在工業(yè)自動化、水下機器人、工業(yè)機器人、光電信息等方面取得了一批具有國際水平、具有自主知識產權的成果，成為在國內具有領先與帶頭作用，在國際具有較高知名度的國家級研究開發(fā)基地。 中國科學院沈陽自動化研究所是國內最早開展工業(yè)無線技術研究的科研單位之一，是中國工業(yè)無線聯(lián)盟的發(fā)起者。攻克了工業(yè)無線技術的抗干擾、實時通信、節(jié)能等難點問題，提出具有自主知識產權的智能無線網(wǎng)絡WIA技術體

2、系，并開發(fā)出系列產品。目前，以WIA為基礎的中國工業(yè)無線技術國家標準體系已初步形成，WIA正在成為與Wireless HART、ISA100并列的國際主流工業(yè)無線技術體系。2008年10月31日，由沈陽自動化研究所主持研發(fā)的用于工業(yè)過程自動化的無線網(wǎng)絡WIA-PA（Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation）規(guī)范通過國際電工委員會（IEC）全體成員國的投票，以96的得票率獲得通過，作為公共可用規(guī)范IEC/PAS 62601標準化文件正式公布。 智能無線網(wǎng)絡WIA技術 智能無線網(wǎng)絡WIA(Wireless Netw

3、orks for Industrial Automation)技術是由中科院沈陽自動化所推出的具有自主知識產權的高可靠、超低功耗的自組織多跳無線傳感器網(wǎng)絡技術。 智能無線網(wǎng)絡WIA技術基于短程無線通信IEEE 802.15.4標準，使用符合中國無委會規(guī)定的自由頻帶，解決惡劣環(huán)境下遍布的各種大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應，以及馬達、器械運轉時產生電磁噪聲對無線通信的干擾，提供能夠滿足應用需求的高可靠、實時無線通信服務。 通過使用智能無線網(wǎng)絡WIA技術，用戶能夠以較低的投資和成本實現(xiàn)對全流程的“泛在感知”，獵取傳統(tǒng)由于成本緣故無法在線監(jiān)測的重要過程參數(shù)，并以此為基礎實施優(yōu)

4、化操縱，來達到提高產品質量和節(jié)能降耗的目標。 智能無線網(wǎng)絡WIA技術不僅適用于家庭自動化、智能樓宇、環(huán)境檢測、醫(yī)療護理等低速率、低成本、近距離、數(shù)據(jù)量較少的無線傳感器網(wǎng)絡采集和監(jiān)控系統(tǒng)，而且特不適用于工業(yè)操縱與工廠自動化過程操縱領域。 WIA網(wǎng)絡 WIA網(wǎng)絡是一種無需網(wǎng)絡基礎設施支持的自組織多跳網(wǎng)絡，網(wǎng)絡設備能夠依靠電池供電長時刻工作。設備啟動后，無需人工配置，自主形成網(wǎng)絡。 WIA網(wǎng)絡為通過低能耗無線設備實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸提供了有效的解決方案。 WIA網(wǎng)絡支撐設備： 設備：網(wǎng)絡終端節(jié)點，裝有傳感器或執(zhí)行器，安裝在工業(yè)現(xiàn)場，直接與生產流程連接。 WIA網(wǎng)關：包含1個或多個接入點，連接智能無線網(wǎng)

5、路WIA與其它有線網(wǎng)絡，負責網(wǎng)絡性能監(jiān)測、智能網(wǎng)絡治理，以及橋接所有網(wǎng)絡設備。 WIA上位機：用來顯示網(wǎng)絡拓、數(shù)據(jù)信息、設備狀態(tài)及網(wǎng)絡穩(wěn)定性等信息，具有人機交互功能。 WIA網(wǎng)絡技術規(guī)范： 無線電標準：基于IEEE802.15.4標準，通信速率為250kbps； 波段：2.4GHz； 拓撲：星型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)、星型網(wǎng)狀混合網(wǎng)； 網(wǎng)絡規(guī)模：一個網(wǎng)關最多能夠治理100臺設備，系統(tǒng)能夠通過以太網(wǎng)互連多個網(wǎng)關形成大規(guī)模復雜網(wǎng)絡； 傳輸距離：工業(yè)環(huán)境室內200米，室外800米； 可靠性：數(shù)據(jù)可靠性大于99%；自適應跳頻技術，幸免干擾；冗余路由技術，自組織修復網(wǎng)絡； 安全性：網(wǎng)絡設備鑒權與認證，基于工業(yè)認證的

6、數(shù)據(jù)加密技術； 兼容性：支持HART命令，兼容無線HART標準； 電源：網(wǎng)關外接電源供電；設備DC-3.3V一般鋰電池供電，壽命為15年，具體情況取決于網(wǎng)絡規(guī)模及設備采集數(shù)據(jù)率； 數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率可配置，可調范圍為1s1h。 WIA網(wǎng)絡優(yōu)勢： 自適應的跳頻模式與自動重傳機制，對保障通信的可靠性更加有效； 支持網(wǎng)內報文聚合，有效地降低了網(wǎng)絡開銷，延長電池壽命； 兼容IEEE802.15.4標準，能夠使用現(xiàn)有商用器件，易于實現(xiàn)； 設備冗余機制及自組網(wǎng)模式提高了系統(tǒng)的魯棒性及易用性。 WIA網(wǎng)絡無線儀表解決方案 為了集成不同類型的儀表，采納一種通用的方式使傳統(tǒng)儀表實現(xiàn)無線通信功能，中科院沈陽自動化所推

7、出了簡單通用的WIA網(wǎng)絡透傳解決方案。 WIA網(wǎng)絡在設備端和上位機端為儀表用戶提供了接口，通過WIA網(wǎng)絡提供透明的數(shù)據(jù)傳輸服務： 設備端接口：WIA適配器為儀表提供了2種集成方式： 內部集成：WIA適配器提供串口和相應的讀寫數(shù)據(jù)指令，與儀表原有的處理器連接通信。使用這種方式，WIA適配器需要集成在儀表內部。 外部串接：這種方式只針對HART儀表，WIA適配器串接到儀表與操縱器間420mA的信號線上，通過HART命令與儀表交互。使用這種方式，WIA適配器與儀表是分離的，需要獨立封裝。 上位機端接口：WIA網(wǎng)關為用戶應用提供了3種信息交互模式 OPC方式：WIA網(wǎng)關作為OPC Server向外部應

8、用提供數(shù)據(jù)服務。XML方式：WIA網(wǎng)關向外提供基于XML的API接口，用戶能夠使用該接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸以及網(wǎng)絡的治理配置。 HART方式：WIA網(wǎng)關支持基于HART指令的數(shù)據(jù)傳輸。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程： 下行數(shù)據(jù)流程：用戶在上位機通過RS232或以太網(wǎng)向儀表發(fā)送數(shù)據(jù)信息-WIA網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)打包并無線發(fā)送給對應的WIA適配器-WIA適配器通過RS232或RS485接口把數(shù)據(jù)包發(fā)送給儀表-儀表解析數(shù)據(jù)包，提取數(shù)據(jù)信息。 上行數(shù)據(jù)流程：儀表把數(shù)據(jù)信息發(fā)送給WIA適配器-WIA適配器進行數(shù)據(jù)打包并無線發(fā)送給WIA 網(wǎng)關-WIA網(wǎng)關解析數(shù)據(jù)包，提取數(shù)據(jù)信息并通過RS232接口或以太網(wǎng)接口傳送給上位機-上位機顯示

9、數(shù)據(jù)信息。 2.4GHz無線模塊 高效、易用的無線平臺: 2.4GHz無線模塊是一個集合了符合IEEE802.15.4標準的射頻收發(fā)器，高性能超低功耗的16位MSP430微處理器，可編程的I/O，多種天線連接方式和多種通信距離選擇的整合方案。 2.4GHz無線模塊工作在全球免費的2.4GHz頻段，通信速率為250kbps。 高可靠、低功耗的OEM產品: 2.4GHz無線模塊是一種高可靠性，低能耗的OEM產品，它能夠輕松為您的產品添加無線通訊功能，滿足您關于超低功耗以及高性能微操縱器需求，能夠在其上進行各種協(xié)議開發(fā)，關心您快速地開發(fā)諸如數(shù)據(jù)采集、設備監(jiān)控等簡單應用系統(tǒng)和搭建實驗仿真平臺。 2.4

10、GHz無線模塊技術規(guī)范： 標準：符合IEEE802.15.4無線通信標準； 高性能、低功耗的OEM產品：能夠在其上進行ZigBee、無線HART及WIA等協(xié)議的開發(fā)； 波段：2.4GHz； 微處理器：集成高性能超低功耗的16位MSP430F1611或MSP430F2418微處理器； 低功耗：發(fā)射電流小于150mA，接收電流小于50mA，休眠電流為小于30uA； WIA適配器 集成WIA核心協(xié)議的無線設備： WIA適配器是一種低能耗、短程無線通信設備，工作在全球免費的2.4GHz頻段。 WIA適配器集成了WIA核心協(xié)議，能夠連接現(xiàn)場儀表設備，使其能夠接入WIA網(wǎng)絡中，同時具備網(wǎng)絡路由功能。 兼容

11、無線HART標準、易使用、易集成的OEM產品： WIA適配器是一種OEM設備，能夠方便地與傳感器、儀表進行連接，提供高可靠、低能耗、低成本的智能無線網(wǎng)絡功能。WIA適配器兼容于無線HART標準，支持HART命令，WIA適配器能夠集成不同的儀表，在設備端為用戶提供了接口，通過WIA網(wǎng)絡提供透明的數(shù)據(jù)傳輸服務。 WIA適配器都能夠作為終端設備和路由器，增加網(wǎng)絡的可靠性，支持數(shù)據(jù)傳輸、請求和應答；配置參數(shù)提供節(jié)點操縱等操作。 WIA適配器技術規(guī)范： 構成：集成2.4GHz 無線模塊及WIA核心協(xié)議； 簡單易用的OEM產品：能夠通過串口內部集成到一般儀表中，實現(xiàn)其無線功能，也能夠通過外部串接到HART

12、儀表與操縱器間4-20mA的信號線上，升級傳統(tǒng)HART儀表，實現(xiàn)其無線功能； 波段：2.4GHz； 電池壽命：數(shù)據(jù)率為1min，能夠使用1年； 安全性：AES128位密碼，最新的動態(tài)多重加密技術。 WIA網(wǎng)關 集成WIA核心協(xié)議的無線設備： WIA網(wǎng)關是一種短程無線通信設備，需要外接電源供電，工作在全球免費的2.4GHz頻段。 WIA網(wǎng)關負責整個WIA網(wǎng)絡的治理、調度和優(yōu)化，設定和維護網(wǎng)絡通信參數(shù)，統(tǒng)一為網(wǎng)絡設備分配通信資源和路由，配置WIA網(wǎng)絡的運行，調度WIA網(wǎng)絡設備間的通信，監(jiān)控并報告WIA網(wǎng)絡的運行狀態(tài)。 WIA網(wǎng)關還作為全網(wǎng)的時刻同步源及均衡網(wǎng)絡負載，提供消息緩沖與保存，橋接所有網(wǎng)絡

13、設備。WIA網(wǎng)關采納設備冗余機制，冗余網(wǎng)關負責網(wǎng)關的熱備份，一旦網(wǎng)關出現(xiàn)故障，冗余網(wǎng)關自動替代網(wǎng)關。 支持多個網(wǎng)絡接入點和服務接入點： WIA網(wǎng)關支持一個或多個網(wǎng)絡接入點和服務接入點。網(wǎng)絡接入點提供連接其他網(wǎng)絡的接口，比如工廠自動化網(wǎng)絡，目前提供串口和以太網(wǎng)兩種連接方式。服務接入點為上位機應用提供訪問和治理WIA網(wǎng)絡的接口，目前提供OPC、XML和HART三種接口方式。 WIA網(wǎng)關技術規(guī)范： 網(wǎng)絡大?。阂粋€網(wǎng)關最多能夠治理100個設備； 波段：2.4GHz； 用戶接口：為用戶應用提供OPC、XML及HART三種接口方式； 全面API接口：支持一個或多個網(wǎng)絡接入點和服務接入點，實現(xiàn)不同協(xié)議的互連

14、接和互操作； 多種通信接口：支持以太網(wǎng)、RS232等通信接口。 WIA網(wǎng)絡治理軟件 WIA網(wǎng)絡治理軟件負責顯示整個WIA網(wǎng)絡拓撲，同時能夠通過選擇菜單項或工具欄觀看實時數(shù)據(jù)信息、設備狀態(tài)及網(wǎng)絡穩(wěn)定性等等。 WIA網(wǎng)絡治理軟件具體功能： 顯示網(wǎng)絡拓撲視圖。在網(wǎng)絡拓撲視圖中能夠顯示出整個網(wǎng)絡的拓撲結構。 顯示網(wǎng)絡設備信息。顯示網(wǎng)絡中所有設備的差不多信息，包括設備類型、數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)率、丟包率及運行狀態(tài)信息。 設備操縱功能。能夠通過命令對設備相關信息進行讀取及配置 查詢設備數(shù)據(jù)記錄。能夠查詢設備實時和歷史數(shù)據(jù)信息。 查詢網(wǎng)絡性能記錄。能夠查詢網(wǎng)絡中每個設備的實時和歷史可靠性信息，并通過圖表顯示出來。

15、WIANET800開發(fā)套件 WIANET800開發(fā)套件為儀表企業(yè)及OEM廠商等提供工業(yè)無線網(wǎng)絡原型產品，提供了一切模塊編程和配置、模塊與傳感器連接、設備儀器輸出及建立、測試和監(jiān)控基于無線傳感器網(wǎng)絡所必需的功能。 WIANET800是一款兼容無線HART標準，通用性極強的適用于惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，具有專門強的抗干擾能力、超低功耗、高靈活、易使用的智能無線傳感器網(wǎng)絡。WIANET800采納智能無線網(wǎng)絡WIA技術，是WIA網(wǎng)絡的具體體現(xiàn)。 WIANET800開發(fā)套件提供了一個高速集成平臺，快速與無線網(wǎng)絡連接，符合IEEE802.15.4全球通用的2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)率達到250kbps，關心您快速地開

16、發(fā)諸如數(shù)據(jù)采集、設備監(jiān)控與檢測等簡單應用系統(tǒng)和搭建實驗仿真平臺。 WIANET800開發(fā)套件也可讓您充分利用高效率網(wǎng)絡在廣域范圍內進行測試，體驗智能無線網(wǎng)絡技術的優(yōu)越性，同時為您提供靈活的評估Mesh網(wǎng)絡概念的方法，并加快您的無線產品開發(fā)，快速占據(jù)無線市場的先機打下堅實的基礎。 WIANET800開發(fā)套件組成： 一個WIA網(wǎng)關。 十二個WIA適配器。 一個CD-ROM光盤，包括上位機軟件及套件相關硬件和軟件用戶文擋。 一本W(wǎng)IANET800開發(fā)套件用戶手冊。 電池、AC/DC適配器、網(wǎng)線。 應用案例 循環(huán)流化床鍋爐壓力溫度傳輸系統(tǒng) 應用地點： 遼寧某紙業(yè)有限公司 應用概述： 遼寧某紙業(yè)有限公司

17、為了擴大規(guī)模，增加生產量，自行建一個循環(huán)流化床鍋爐，冬季能夠為公司和城區(qū)進行區(qū)域性供暖，平常能夠用鍋爐產生的蒸汽推動蒸汽輪機進行發(fā)電，為公司提供動力源，還能夠利用蒸汽進行生產和作業(yè)。 為了節(jié)約生產成本，幸免復雜的網(wǎng)絡布線。公司采納我所的工業(yè)無線WIA網(wǎng)絡進行壓力、溫度數(shù)據(jù)的采集與傳輸。安置在鍋爐管道上的各個WIA無線壓力表和WIA無線溫度表實時把壓力或溫度數(shù)據(jù)信息傳送到總操縱室，用戶通過WIA網(wǎng)絡治理軟件實時監(jiān)控整個鍋爐管道檢測點的壓力和溫度情況。WIA無線壓力表和WIA無線溫度表都采納電池供電。 相關圖片：抽油井示功圖無線監(jiān)測系統(tǒng) 應用地點： 東北某大油田 應用概述： 東北某大油田要求改進現(xiàn)有的人工舉升采油方式有桿泵采油方式?？焖偌皶r、準確無誤地對抽油井示功圖進行測取，是分析、診斷、優(yōu)化抽油井工作狀態(tài)，對抽油井進行日常治理的差不多要求。中科院沈陽自動化研究所應用工業(yè)無線網(wǎng)絡WIA技術研制成功了新型地面示功圖無線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)由一體化無線示功儀及相關軟件構成，實現(xiàn)了抽油井示功圖的在線測取、存儲、傳輸、報警和查詢等功能。系統(tǒng)完全針對油井生產治理需求設計，具有性能可靠、結構簡單、安裝方便、擴展性強、價格低等優(yōu)點。 相關圖片： 電機系統(tǒng)能源效率在線監(jiān)測與能源治理 應用地點： 上海某電氣集團 應用概述： 電機驅動系統(tǒng)在工業(yè)生產中