工業無線國際標準介紹，重點剖析ISA-100.11a（二）

霍尼韋爾自動化集團過程控制部 Soroush Am idi

無線設備在線授權、組態和配置

ISA-100.11a支持用戶采用各種不同級別的安全措施通過無線方式對無線設備進行授權、組態、配置。該功能也支持最終用戶使用數字或靜態安全密鑰從ISA-100.11a安全管理平臺對無線設備進行遠程的授權和配置。

無論采用何種組態方式，用戶都可以通過ISA-100.11a系統管理平臺或資產管理平臺來進一步修改無線現場儀表的組態信息，ISA100網關支持資產設備管理平臺的通訊協議如HART。

基于IPv6 over Low Power WPAN（6LoWPAN）的網絡層設計

ISA100并未閉門造車，而是采用6LoWPAN IETF工作組制定的規范。IETF已經定義了封裝和頭文件壓縮機制，可以從低功率無線局域網（LoWPANs）發送和接收IPv6數據包，LoWPANs主要定義由“符合IEEE 802.15.4-2003標準的設備”組成的網絡。這些設備的特點是低比特率通訊帶寬、低發射功率、低成本，以及低運算能力要求、低內存和低電源消耗。

工作組已經解決了6LoWPAN設備之間的IP通信相關的問題。采用成熟的規范使ISA100能夠充分利用IETF的工作成果，以及該組織未來對此規范的進一步拓展的增強功能。

Crosby工廠實例

2009年，A rkema公司的Crosby工廠（位于美國德克薩斯州休斯頓市正北）同意ISA 100標準委員會測試機構WCI（W ireless Compliance Institute，WCI）和ISA-100.11a無線現場儀表供應商在他們的工廠做互操作測試。該工廠生產液態有機過氧化物，主要用于生產塑料樹脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯玻璃鋼、丙烯酸樹脂。

在ISA標準委員會批準發布ISA-100.11a工業無線標準之后數天內，ISA100標準委員會測試機構WCI就在該工廠安裝了多個供應商無線儀表產品組成的用戶測試系統，以證明不同供應商無線設備之間的互操作性。

ISA-100.11a的眾多應用已經得到證明，包括溫度、壓力、觸點閉合、閥門位置、氣體檢測、腐蝕檢測等。大多數無線儀表都應用在戶外，從而節省了有線方式時的布線成本。最初確定的四個應用場合是：

500000加侖的消防水箱：消防安全水箱必須隨時保持充滿狀態，以前僅依靠簡單的機械液位計檢查液位狀態，效果較差，而在該位置安裝有線差壓變送器測液位的布線成本又比較高昂。

冷藏室：眾多冷藏倉庫的溫度在0℃以下。如果這些倉庫超出規定的溫度，產品可能分解，甚至發生火災。溫度數據通過電話報告到控制室，遠程聲音警報用于指示倉門是否打開。無線溫度變送器和倉門位置傳感器安裝在三個倉庫中，實時監測異常狀況，并報告。六臺無線變送器相互無線通訊證明了ISA-100.11a無線儀表的相互路由功能。

HART無線轉換模塊：安裝在廢水箱的有線液位傳感器的數據傳輸到附近的附屬控制室中，而非中央控制室?，F場把該有線變送器輸出的模擬輸出信號或HART信號接入并聯的ISA-100.11a無線轉接模塊中，即可以通過無線方式將液位數據實時集成到中央控制室的控制系統中。

可燃氣體變送器：該工廠有許多場合需要監測可燃氣體。在現有的有線毒氣變送器旁邊安裝一個無線氣體傳感器。在成功試用之后，完全可以在更大的范圍內采用無線可燃氣體變送器，甚至擴展到整個工廠范圍。

應用 無線變送器類型 數量 測量范圍 刷新速度水箱500000加侖 差壓 1 水0-400 30s

冷藏 溫度 3 -20至14010s冷藏 離散輸入 3 斷開/閉合 10s

圖1 位于Arkema的變送器

圖2 參與Arkema用戶測試的供應商

在現場安裝了一個無線主干網絡架構，其中包括兩個ISA-100.11a主干網絡路由設備，構建無線主干網絡，覆蓋測點區域。主干網絡路由設備相互無線通訊（WiFi），安裝簡單，主機系統通過主干網絡的無線通訊即可獲取整個無線網絡的數據，進行集成。

測試的無線拓撲結構證明了ISA-100.11a標準的靈活性，其中主干網絡路由設備提供廣泛的室外無線覆蓋，而無線儀表本身的路由網絡，可以進一步延伸未覆蓋的區域。

Arkema對主干網絡路由設備的覆蓋范圍表示驚訝，這是因為在已安裝的九臺無線變送器中，七臺無線變送器直接同主干網絡路由設備無線通訊，建立了穩定的無線連接。而其余兩臺無線變送器位于更遠的區域，它們通過與其它無線變送器相互通訊，通過無線變送器本身的路由所構建的無線網絡，最終進入無線主干網絡，實現數據集成。所有已安裝的無線變送器都組態具有本身的路由功能，未來可以在現場添加更多的無線變送器，而無需額外的主干網絡路由設備。

Arkema安裝的無線變送器都經過ISA100標準委員會測試機構WCI的設備互通性測試，符合ISA-100.11a標準。該硬件/軟件測試工具使用XML腳本以透明和獨立于某個特定的無線儀表供應商，并在ISA-100.11a系統管理平臺上測試、運行。

所有無線變送器經測試符合ISA-100.11a標準，經批準在Arkema使用。

為了驗證工廠級無線覆蓋的概念，最初的無線變送器安裝到工廠的外圍。根據對工廠的現場觀察，布置主干網絡路由設備，而沒有進行任何類型的無線現場勘測，即可以構建覆蓋測點區域的無線主干網絡。

2009年9月，ISA-100.11a正式發布成為ISA標準，成為開放的工業無線國際標準。該無線現場儀表標準發布后，便出現了另一個無線現場儀表標準——HART Foundation制定的IEC 62591Ed 1.0標準。此外，還有中國儀器公司聯盟推出的IEC 62601標準也通過審批。

如上所述，目前整個過程控制行業還沒有完全確定或公認哪一個標準作為行業標準。因此，了解這些標準的來龍去脈更為重要，以便用戶或儀表供應商能夠有效地評估哪種標準更能滿足他們現在和未來的需求。