智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA產(chǎn)品及其解決方案探析

1、智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA產(chǎn)品及解決方案 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所建立于1958年。作為國家自動化領(lǐng)域的主要研究機構(gòu)，沈陽自動化研究所建所以來共完成各類科研項目1000多項，獲得國家、中國科學(xué)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(chǎn)權(quán)的成果，成為在國內(nèi)具有領(lǐng)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(xué)院沈陽自動化研究所是國內(nèi)最早開展工業(yè)無線技術(shù)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(shù)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(chǎn)權(quán)的智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)體

2、系，并開發(fā)出系列產(chǎn)品。目前，以WIA為基礎(chǔ)的中國工業(yè)無線技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(luò)WIA-PA（Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation）規(guī)范經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)化文件正式發(fā)布。 智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù) 智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA(Wireless Netw

3、orks for Industrial Automation)技術(shù)是由中科院沈陽自動化所推出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高可靠、超低功耗的自組織多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)基于短程無線通信IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)，以及馬達(dá)、器械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電磁噪聲對無線通信的干擾，提供能夠滿足應(yīng)用需求的高可靠、實時無線通信服務(wù)。 通過使用智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)，用戶可以以較低的投資和成本實現(xiàn)對全流程的“泛在感知”，獲取傳統(tǒng)由于成本原因無法在線監(jiān)測的重要過程參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)實施優(yōu)

4、化控制，來達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目標(biāo)。 智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)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(luò)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，而且特別適用于工業(yè)控制與工廠自動化過程控制領(lǐng)域。 WIA網(wǎng)絡(luò) WIA網(wǎng)絡(luò)是一種無需網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施支持的自組織多跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以依靠電池供電長時間工作。設(shè)備啟動后，無需人工配置，自主形成網(wǎng)絡(luò)。 WIA網(wǎng)絡(luò)為通過低能耗無線設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸提供了有效的解決方案。 WIAA網(wǎng)絡(luò)支支撐設(shè)備備： 設(shè)備備：網(wǎng)絡(luò)絡(luò)終端節(jié)節(jié)點，裝裝有傳感感器或執(zhí)執(zhí)行器，安安裝在工工業(yè)現(xiàn)場場，直接接與生產(chǎn)產(chǎn)流程連連接。 WIA網(wǎng)網(wǎng)關(guān)：包包

5、含1個個或多個個接入點點，連接接智能無無線網(wǎng)路路WIAA與其它它有線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)性能監(jiān)監(jiān)測、智智能網(wǎng)絡(luò)絡(luò)管理，以以及橋接接所有網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備備。 WIAA上位機機：用來來顯示網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓、數(shù)數(shù)據(jù)信息息、設(shè)備備狀態(tài)及及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)穩(wěn)定性等等信息，具具有人機機交互功功能。 WIIA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)規(guī)規(guī)范： 無無線電標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：基基于IEEEE8802.15.4標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，通信信速率為為2500kbpps； 波段段：2.4GHHz； 拓拓?fù)洌盒切切途W(wǎng)、網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)、星星型網(wǎng)狀狀混合網(wǎng)網(wǎng)； 網(wǎng)絡(luò)規(guī)規(guī)模：一一個網(wǎng)關(guān)關(guān)最多可可以管理理1000臺設(shè)備備，系統(tǒng)統(tǒng)可以通通過以太太網(wǎng)互連連多個網(wǎng)網(wǎng)關(guān)形成成大規(guī)模模復(fù)雜網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)； 傳輸輸距離

6、：工業(yè)環(huán)環(huán)境室內(nèi)內(nèi)2000米，室室外8000米； 可可靠性：數(shù)據(jù)可可靠性大大于999%；自自適應(yīng)跳跳頻技術(shù)術(shù)，避免免干擾；冗余路路由技術(shù)術(shù)，自組組織修復(fù)復(fù)網(wǎng)絡(luò)； 安安全性：網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)備鑒權(quán)權(quán)與認(rèn)證證，基于于工業(yè)認(rèn)認(rèn)證的數(shù)數(shù)據(jù)加密密技術(shù)； 兼兼容性：支持HHARTT命令，兼兼容無線線HARRT標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)； 電源源：網(wǎng)關(guān)關(guān)外接電電源供電電；設(shè)備備DC-3.33V普通通鋰電池池供電，壽壽命為115年年，具體體情況取取決于網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模模及設(shè)備備采集數(shù)數(shù)據(jù)率； 數(shù)數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率率可配置置，可調(diào)調(diào)范圍為為1s1h。 WIA網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢： 自適應(yīng)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(nèi)報文聚合，

7、有效地降低了網(wǎng)絡(luò)開銷，延長電池壽命； 兼容IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，可以使用現(xiàn)有商用器件，易于實現(xiàn)； 設(shè)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(luò)無線儀表解決方案 為了集成不同類型的儀表，采用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出了簡單通用的WIA網(wǎng)絡(luò)透傳解決方案。 WIAA網(wǎng)絡(luò)在在設(shè)備端端和上位位機端為為儀表用用戶提供供了接口口，通過過WIAA網(wǎng)絡(luò)提提供透明明的數(shù)據(jù)據(jù)傳輸服服務(wù)： 設(shè)備端端接口：WIAA適配器器為儀表表提供了了2種集集成方式式： 內(nèi)部集集成：WWIA適適配器提提供串口口和相應(yīng)應(yīng)的讀寫寫數(shù)據(jù)指指令，與與儀表原原有的處處理器連連接

8、通信信。使用用這種方方式，WWIA適適配器需需要集成成在儀表表內(nèi)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控制器間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(guān)為用戶應(yīng)用提供了3種信息交互模式 OPC方式：WIA網(wǎng)關(guān)作為OPC Server向外部應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。XML方方式：WWIA網(wǎng)網(wǎng)關(guān)向外外提供基基于XMML的AAPI接接口，用用戶可以以使用該該接口實實現(xiàn)數(shù)據(jù)據(jù)傳輸以以及網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的管理理配置。 HAART方方式：WWIA網(wǎng)網(wǎng)關(guān)支持持基于HHARTT指令的的數(shù)據(jù)傳傳輸。 系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)

9、流流程： 下行數(shù)數(shù)據(jù)流程程：用戶戶在上位位機通過過RS2232或或以太網(wǎng)網(wǎng)向儀表表發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)信息息-WWIA網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進行行數(shù)據(jù)打打包并無無線發(fā)送送給對應(yīng)應(yīng)的WIIA適配配器-WIAA適配器器通過RRS2332或RRS4885接口口把數(shù)據(jù)據(jù)包發(fā)送送給儀表表-儀儀表解析析數(shù)據(jù)包包，提取取數(shù)據(jù)信信息。 上行數(shù)數(shù)據(jù)流程程：儀表表把數(shù)據(jù)據(jù)信息發(fā)發(fā)送給WWIA適適配器-WIIA適配配器進行行數(shù)據(jù)打打包并無無線發(fā)送送給WIIA 網(wǎng)網(wǎng)關(guān)-WIAA網(wǎng)關(guān)解解析數(shù)據(jù)據(jù)包，提提取數(shù)據(jù)據(jù)信息并并通過RRS2332接口口或以太太網(wǎng)接口口傳送給給上位機機-上上位機顯顯示數(shù)據(jù)據(jù)信息。 2.4GGHz無無線模塊塊 高效、易易用的

10、無無線平臺臺: 2.44GHzz無線模模塊是一一個集合合了符合合IEEEE8002.115.44標(biāo)準(zhǔn)的的射頻收收發(fā)器，高高性能超超低功耗耗的166位MSSP4330微處處理器，可可編程的的I/OO，多種種天線連連接方式式和多種種通信距距離選擇擇的整合合方案。 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(chǎn)品: 2.4GHz無線模塊是一種高可靠性，低能耗的OEM產(chǎn)品，它可以輕松為您的產(chǎn)品添加無線通訊功能，滿足您對于超低功耗以及高性能微控制器需求，可以在其上進行各種協(xié)議開發(fā)，幫助您快速地開發(fā)諸如數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控等簡單應(yīng)用系統(tǒng)和搭建實驗仿

11、真平臺。 2.4GHz無線模塊技術(shù)規(guī)范： 標(biāo)準(zhǔn)：符合IEEE802.15.4無線通信標(biāo)準(zhǔn)； 高性能、低功耗的OEM產(chǎn)品：可以在其上進行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； WIAA適配器器 集成WWIA核核心協(xié)議議的無線線設(shè)備： WWIA適適配器是是一種低低能耗、短短程無線線通信設(shè)設(shè)備，工工作在全全球免費費的2.4GHHz頻段段。 WWIA適適配器集集成了WWIA核核心協(xié)議議，可以以連接現(xiàn)

12、現(xiàn)場儀表表設(shè)備，使使其可以以接入WWIA網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，并并且具備備網(wǎng)絡(luò)路路由功能能。 兼容無無線HAART標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、易易使用、易易集成的的OEMM產(chǎn)品： WWIA適適配器是是一種OOEM設(shè)設(shè)備，可可以方便便地與傳傳感器、儀儀表進行行連接，提提供高可可靠、低低能耗、低低成本的的智能無無線網(wǎng)絡(luò)絡(luò)功能。WWIA適適配器兼兼容于無無線HAART標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，支支持HAART命命令，WWIA適適配器能能夠集成成不同的的儀表，在在設(shè)備端端為用戶戶提供了了接口，通通過WIIA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)提供透透明的數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸服務(wù)。 WIA適配器都可以作為終端設(shè)備和路由器，增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸、請求和應(yīng)答；配置參數(shù)提供節(jié)點控制等操

13、作。 WIA適配器技術(shù)規(guī)范： 構(gòu)成：集成2.4GHz 無線模塊及WIA核心協(xié)議； 簡單易用的OEM產(chǎn)品：可以通過串口內(nèi)部集成到普通儀表中，實現(xiàn)其無線功能，也可以通過外部串接到HART儀表與控制器間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，可以使用1年； 安全性：AES128位密碼，最新的動態(tài)多重加密技術(shù)。 WIA網(wǎng)關(guān) 集集成WIIA核心心協(xié)議的的無線設(shè)設(shè)備： WIIA網(wǎng)關(guān)關(guān)是一種種短程無無線通信信設(shè)備，需需要外接接電源供供電，工工作在全全球免費費的2.4GHHz頻段段。 WWIA網(wǎng)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)責(zé)整個WWIA網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的管管理、調(diào)調(diào)

14、度和優(yōu)優(yōu)化，設(shè)設(shè)定和維維護網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通信參參數(shù)，統(tǒng)統(tǒng)一為網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備備分配通通信資源源和路由由，配置置WIAA網(wǎng)絡(luò)的的運行，調(diào)調(diào)度WIIA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)設(shè)備間間的通信信，監(jiān)控控并報告告WIAA網(wǎng)絡(luò)的的運行狀狀態(tài)。 WIAA網(wǎng)關(guān)還還作為全全網(wǎng)的時時間同步步源及均均衡網(wǎng)絡(luò)絡(luò)負(fù)載，提提供消息息緩沖與與保存，橋橋接所有有網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)備。WWIA網(wǎng)網(wǎng)關(guān)采用用設(shè)備冗冗余機制制，冗余余網(wǎng)關(guān)負(fù)負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)關(guān)的熱備備份，一一旦網(wǎng)關(guān)關(guān)出現(xiàn)故故障，冗冗余網(wǎng)關(guān)關(guān)自動替替代網(wǎng)關(guān)關(guān)。 支持多多個網(wǎng)絡(luò)絡(luò)接入點點和服務(wù)務(wù)接入點點： WIAA網(wǎng)關(guān)支支持一個個或多個個網(wǎng)絡(luò)接接入點和和服務(wù)接接入點。網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入入點提供供連接其其他網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的接口口，比如如工

15、廠自自動化網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，目目前提供供串口和和以太網(wǎng)網(wǎng)兩種連連接方式式。服務(wù)務(wù)接入點點為上位位機應(yīng)用用提供訪訪問和管管理WIIA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的接口口，目前前提供OOPC、XXML和和HARRT三種種接口方方式。 WIIA網(wǎng)關(guān)關(guān)技術(shù)規(guī)規(guī)范： 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)大小小：一個個網(wǎng)關(guān)最最多可以以管理1100個個設(shè)備； 波波段：22.4GGHz； 用用戶接口口：為用用戶應(yīng)用用提供OOPC、XXML及及HARRT三種種接口方方式； 全全面APPI接口口：支持持一個或或多個網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入入點和服服務(wù)接入入點，實實現(xiàn)不同同協(xié)議的的互連接接和互操操作； 多種種通信接接口：支支持以太太網(wǎng)、RRS2332等通通信接口口。 WWIA網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理理軟

16、件 WIIA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)管理軟軟件負(fù)責(zé)責(zé)顯示整整個WIIA網(wǎng)絡(luò)絡(luò)拓?fù)?，并并且可以以通過選選擇菜單單項或工工具欄觀觀察實時時數(shù)據(jù)信信息、設(shè)設(shè)備狀態(tài)態(tài)及網(wǎng)絡(luò)絡(luò)穩(wěn)定性性等等。 WIAA網(wǎng)絡(luò)管管理軟件件具體功功能： 顯顯示網(wǎng)絡(luò)絡(luò)拓?fù)湟曇晥D。在在網(wǎng)絡(luò)拓拓?fù)湟晥D圖中能夠夠顯示出出整個網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)。 顯示網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備備信息。顯顯示網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中所有有設(shè)備的的基本信信息，包包括設(shè)備備類型、數(shù)數(shù)據(jù)值、數(shù)數(shù)據(jù)率、丟丟包率及及運行狀狀態(tài)信息息。 設(shè)備控控制功能能?？梢砸酝ㄟ^命命令對設(shè)設(shè)備相關(guān)關(guān)信息進進行讀取取及配置置 查查詢設(shè)備備數(shù)據(jù)記記錄?？煽梢圆樵冊冊O(shè)備實實時和歷歷史數(shù)據(jù)據(jù)信息。 查詢網(wǎng)絡(luò)性能記錄?？梢圆樵兙W(wǎng)絡(luò)中每個

17、設(shè)備的實時和歷史可靠性信息，并通過圖表顯示出來。 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(luò)原型產(chǎn)品，提供了一切模塊編程和配置、模塊與傳感器連接、設(shè)備儀器輸出及建立、測試和監(jiān)控基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所必需的功能。 WIANET800是一款兼容無線HART標(biāo)準(zhǔn)，通用性極強的適用于惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，具有很強的抗干擾能力、超低功耗、高靈活、易使用的智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。WIANET800采用智能無線網(wǎng)絡(luò)WIA技術(shù)，是WIA網(wǎng)絡(luò)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(luò)連接，符合IEEE802.15.4全球通用的2.4GH

18、z頻段，數(shù)據(jù)率達(dá)到250kbps，幫助您快速地開發(fā)諸如數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控與檢測等簡單應(yīng)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(luò)在廣域范圍內(nèi)進行測試，體驗智能無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)越性，同時為您提供靈活的評估Mesh網(wǎng)絡(luò)概念的方法，并加快您的無線產(chǎn)品開發(fā)，快速占領(lǐng)無線市場的先機打下堅實的基礎(chǔ)。 WWIANETT8000開發(fā)套套件組成成： 一個個WIAA網(wǎng)關(guān)。 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(guān)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(yīng)用案例 循環(huán)流化床鍋爐壓力溫度傳輸系統(tǒng)

19、應(yīng)用地點： 遼寧某紙業(yè)有限公司 應(yīng)用概述： 遼寧某紙業(yè)有限公司為了擴大規(guī)模，增加生產(chǎn)量，自行建一個循環(huán)流化床鍋爐，冬季可以為公司和城區(qū)進行區(qū)域性供暖，平時可以用鍋爐產(chǎn)生的蒸汽推動蒸汽輪機進行發(fā)電，為公司提供動力源，還可以利用蒸汽進行生產(chǎn)和作業(yè)。 為了節(jié)約生產(chǎn)成本，避免復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)布線。公司采用我所的工業(yè)無線WIA網(wǎng)絡(luò)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)信息傳送到總控制室，用戶通過WIA網(wǎng)絡(luò)管理軟件實時監(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無線溫度表都采用電池供電。 相關(guān)圖片：抽油井示功功圖無線線監(jiān)測系系統(tǒng) 應(yīng)用地地點： 東北某某大油田田 應(yīng)用用概述： 東北北某大油油田要求求改進現(xiàn)現(xiàn)有的人人工舉升升采油方方式有有桿泵采采油方式式?？焖偎偌皶r、準(zhǔn)準(zhǔn)確無誤誤地對抽抽油井示示功圖進進行測取取，是分分析、診診斷、優(yōu)優(yōu)化抽油油井工作作狀態(tài)，對對