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兼容无线HART标准的智能无线网络WIA产品及无线仪表解决方案 [4643] |
智能无线网络WIA产品及解决方案
中国科学院沈阳自动化研究所建立于1958年。作为国家自动化领域的主要研究机构，沈阳自动化研究所建所以来共完成各类科研项目1000多项，获得国家、中国科学院和各部委及省、市科技成果奖200多项，在工业自动化、水下机器人、工业机器人、光电信息等方面取得了一批具有国际水平、具有自主知识产权的成果，成为在国内具有领先与带头作用，在国际具有较高知名度的国家级研究开发基地。
中国科学院沈阳自动化研究所是国内最早开展工业无线技术研究的科研单位之一，是中国工业无线联盟的发起者。攻克了工业无线技术的抗干扰、实时通信、节能等难点问题，提出具有自主知识产权的智能无线网络WIA技术体系，并开发出系列产品。目前，以WIA为基础的中国工业无线技术国家标准体系已初步形成，WIA正在成为与Wireless HART、ISA100并列的国际主流工业无线技术体系。2008年10月31日，由沈阳自动化研究所主持研发的用于工业过程自动化的无线网络WIA-PA（Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation）规范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。
智能无线网络WIA技术
智能无线网络WIA(Wireless Networks for Industrial Automation)技术是由中科院沈阳自动化所推出的具有自主知识产权的高可靠、超低功耗的自组织多跳无线传感器网络技术。
智能无线网络WIA技术基于短程无线通信IEEE 802.15.4标准，使用符合中国无委会规定的自由频带，解决恶劣环境下遍布的各种大型器械、金属管道等对无线信号的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械运转时产生电磁噪声对无线通信的干扰，提供能够满足应用需求的高可靠、实时无线通信服务。
通过使用智能无线网络WIA技术，用户可以以较低的投资和成本实现对全流程的“泛在感知”，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要过程参数，并以此为基础实施优化控制，来达到提高产品质量和节能降耗的目标。
智能无线网络WIA技术不仅适用于家庭自动化、智能楼宇、环境检测、医疗护理等低速率、低成本、近距离、数据量较少的无线传感器网络采集和监控系统，而且特别适用于工业控制与工厂自动化过程控制领域。
WIA网络
WIA网络是一种无需网络基础设施支持的自组织多跳网络，网络设备可以依靠电池供电长时间工作。设备启动后，无需人工配置，自主形成网络。
WIA网络为通过低能耗无线设备实现远距离数据传输提供了有效的解决方案。
WIA网络支撑设备：
●设备：网络终端节点，装有传感器或执行器，安装在工业现场，直接与生产流程连接。
●WIA网关：包含1个或多个接入点，连接智能无线网路WIA与其它有线网络，负责网络性能监测、智能网络管理，以及桥接所有网络设备。
●WIA上位机：用来显示网络拓、数据信息、设备状态及网络稳定性等信息，具有人机交互功能。
WIA网络技术规范：
●无线电标准：基于IEEE802.15.4标准，通信速率为250kbps；
●波段：2.4GHz；
●拓扑：星型网、网状网、星型网状混合网；
●网络规模：一个网关最多可以管理100台设备，系统可以通过以太网互连多个网关形成大规模复杂网络；
●传输距离：工业环境室内200米，室外800米；
●可靠性：数据可靠性大于99%；自适应跳频技术，避免干扰；冗余路由技术，自组织修复网络；
●安全性：网络设备鉴权与认证，基于工业认证的数据加密技术；
●兼容性：支持HART命令，兼容无线HART标准；
●电源：网关外接电源供电；设备DC-3.3V普通锂电池供电，寿命为1~5年，具体情况取决于网络规模及设备采集数据率；
●数据率：数据率可配置，可调范围为1s~1h。
WIA网络优势：
●自适应的跳频模式与自动重传机制，对保障通信的可靠性更加有效；
●支持网内报文聚合，有效地降低了网络开销，延长电池寿命；
●兼容IEEE802.15.4标准，可以使用现有商用器件，易于实现；
●设备冗余机制及自组网模式提高了系统的鲁棒性及易用性。
WIA网络无线仪表解决方案
为了集成不同类型的仪表，采用一种通用的方式使传统仪表实现无线通信功能，中科院沈阳自动化所推出了简单通用的WIA网络透传解决方案。
WIA网络在设备端和上位机端为仪表用户提供了接口，通过WIA网络提供透明的数据传输服务：
设备端接口：WIA适配器为仪表提供了2种集成方式：
●内部集成：WIA适配器提供串口和相应的读写数据指令，与仪表原有的处理器连接通信。使用这种方式，WIA适配器需要集成在仪表内部。
●外部串接：这种方式只针对HART仪表，WIA适配器串接到仪表与控制器间4~20mA的信号线上，通过HART命令与仪表交互。使用这种方式，WIA适配器与仪表是分离的，需要独立封装。
上位机端接口：WIA网关为用户应用提供了3种信息交互模式
●OPC方式：WIA网关作为OPC Server向外部应用提供数据服务。
●XML方式：WIA网关向外提供基于XML的API接口，用户可以使用该接口实现数据传输以及网络的管理配置。
●HART方式：WIA网关支持基于HART指令的数据传输。
系统数据流程：
下行数据流程：用户在上位机通过RS232或以太网向仪表发送数据信息->WIA网关进行数据打包并无线发送给对应的WIA适配器->WIA适配器通过RS232或RS485接口把数据包发送给仪表->仪表解析数据包，提取数据信息。
上行数据流程：仪表把数据信息发送给WIA适配器->WIA适配器进行数据打包并无线发送给WIA 网关->WIA网关解析数据包，提取数据信息并通过RS232接口或以太网接口传送给上位机->上位机显示数据信息。
2.4GHz无线模块
高效、易用的无线平台:
2.4GHz无线模块是一个集合了符合IEEE802.15.4标准的射频收发器，高性能超低功耗的16位MSP430微处理器，可编程的I/O，多种天线连接方式和多种通信距离选择的整合方案。
2.4GHz无线模块工作在全球免费的2.4GHz频段，通信速率为250kbps。
高可靠、低功耗的OEM产品:
2.4GHz无线模块是一种高可靠性，低能耗的OEM产品，它可以轻松为您的产品添加无线通讯功能，满足您对于超低功耗以及高性能微控制器需求，可以在其上进行各种协议开发，帮助您快速地开发诸如数据采集、设备监控等简单应用系统和搭建实验仿真平台。
2.4GHz无线模块技术规范：
●标准：符合IEEE802.15.4无线通信标准；
●高性能、低功耗的OEM产品：可以在其上进行ZigBee、无线HART及WIA等协议的开发；
●波段：2.4GHz；
●微处理器：集成高性能超低功耗的16位MSP430F1611或MSP430F2418微处理器；
●低功耗：发射电流小于150mA，接收电流小于50mA，休眠电流为小于30uA；
WIA适配器
集成WIA核心协议的无线设备：
WIA适配器是一种低能耗、短程无线通信设备，工作在全球免费的2.4GHz频段。
WIA适配器集成了WIA核心协议，可以连接现场仪表设备，使其可以接入WIA网络中，并且具备网络路由功能。
兼容无线HART标准、易使用、易集成的OEM产品：
WIA适配器是一种OEM设备，可以方便地与传感器、仪表进行连接，提供高可靠、低能耗、低成本的智能无线网络功能。WIA适配器兼容于无线HART标准，支持HART命令，WIA适配器能够集成不同的仪表，在设备端为用户提供了接口，通过WIA网络提供透明的数据传输服务。
WIA适配器都可以作为终端设备和路由器，增加网络的可靠性，支持数据传输、请求和应答；配置参数提供节点控制等操作。
WIA适配器技术规范：
●构成：集成2.4GHz 无线模块及WIA核心协议；
●简单易用的OEM产品：可以通过串口内部集成到普通仪表中，实现其无线功能，也可以通过外部串接到HART仪表与控制器间4-20mA的信号线上，升级传统HART仪表，实现其无线功能；
●波段：2.4GHz；
●电池寿命：数据率为1min，可以使用1年；
●安全性：AES128位密码，最新的动态多重加密技术。
WIA网关
集成WIA核心协议的无线设备：
WIA网关是一种短程无线通信设备，需要外接电源供电，工作在全球免费的2.4GHz频段。
WIA网关负责整个WIA网络的管理、调度和优化，设定和维护网络通信参数，统一为网络设备分配通信资源和路由，配置WIA网络的运行，调度WIA网络设备间的通信，监控并报告WIA网络的运行状态。
WIA网关还作为全网的时间同步源及均衡网络负载，提供消息缓冲与保存，桥接所有网络设备。WIA网关采用设备冗余机制，冗余网关负责网关的热备份，一旦网关出现故障，冗余网关自动替代网关。
支持多个网络接入点和服务接入点：
WIA网关支持一个或多个网络接入点和服务接入点。网络接入点提供连接其他网络的接口，比如工厂自动化网络，目前提供串口和以太网两种连接方式。服务接入点为上位机应用提供访问和管理WIA网络的接口，目前提供OPC、XML和HART三种接口方式。
WIA网关 |
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