工业无线国际标准介绍，重点剖析ISA-100.11a（二）

霍尼韦尔自动化集团过程控制部 Soroush Am idi

无线设备在线授权、组态和配置

ISA-100.11a支持用户采用各种不同级别的安全措施通过无线方式对无线设备进行授权、组态、配置。该功能也支持最终用户使用数字或静态安全密钥从ISA-100.11a安全管理平台对无线设备进行远程的授权和配置。

无论采用何种组态方式，用户都可以通过ISA-100.11a系统管理平台或资产管理平台来进一步修改无线现场仪表的组态信息，ISA100网关支持资产设备管理平台的通讯协议如HART。

基于IPv6 over Low Power WPAN（6LoWPAN）的网络层设计

ISA100并未闭门造车，而是采用6LoWPAN IETF工作组制定的规范。IETF已经定义了封装和头文件压缩机制，可以从低功率无线局域网（LoWPANs）发送和接收IPv6数据包，LoWPANs主要定义由“符合IEEE 802.15.4-2003标准的设备”组成的网络。这些设备的特点是低比特率通讯带宽、低发射功率、低成本，以及低运算能力要求、低内存和低电源消耗。

工作组已经解决了6LoWPAN设备之间的IP通信相关的问题。采用成熟的规范使ISA100能够充分利用IETF的工作成果，以及该组织未来对此规范的进一步拓展的增强功能。

Crosby工厂实例

2009年，A rkema公司的Crosby工厂（位于美国德克萨斯州休斯顿市正北）同意ISA 100标准委员会测试机构WCI（W ireless Compliance Institute，WCI）和ISA-100.11a无线现场仪表供应商在他们的工厂做互操作测试。该工厂生产液态有机过氧化物，主要用于生产塑料树脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚酯玻璃钢、丙烯酸树脂。

在ISA标准委员会批准发布ISA-100.11a工业无线标准之后数天内，ISA100标准委员会测试机构WCI就在该工厂安装了多个供应商无线仪表产品组成的用户测试系统，以证明不同供应商无线设备之间的互操作性。

ISA-100.11a的众多应用已经得到证明，包括温度、压力、触点闭合、阀门位置、气体检测、腐蚀检测等。大多数无线仪表都应用在户外，从而节省了有线方式时的布线成本。最初确定的四个应用场合是：

500000加仑的消防水箱：消防安全水箱必须随时保持充满状态，以前仅依靠简单的机械液位计检查液位状态，效果较差，而在该位置安装有线差压变送器测液位的布线成本又比较高昂。

冷藏室：众多冷藏仓库的温度在0℃以下。如果这些仓库超出规定的温度，产品可能分解，甚至发生火灾。温度数据通过电话报告到控制室，远程声音警报用于指示仓门是否打开。无线温度变送器和仓门位置传感器安装在三个仓库中，实时监测异常状况，并报告。六台无线变送器相互无线通讯证明了ISA-100.11a无线仪表的相互路由功能。

HART无线转换模块：安装在废水箱的有线液位传感器的数据传输到附近的附属控制室中，而非中央控制室。现场把该有线变送器输出的模拟输出信号或HART信号接入并联的ISA-100.11a无线转接模块中，即可以通过无线方式将液位数据实时集成到中央控制室的控制系统中。

可燃气体变送器：该工厂有许多场合需要监测可燃气体。在现有的有线毒气变送器旁边安装一个无线气体传感器。在成功试用之后，完全可以在更大的范围内采用无线可燃气体变送器，甚至扩展到整个工厂范围。

应用 无线变送器类型 数量 测量范围 刷新速度水箱500000加仑 差压 1 水0-400 30s

冷藏 温度 3 -20至14010s冷藏 离散输入 3 断开/闭合 10s

图1 位于Arkema的变送器

图2 参与Arkema用户测试的供应商

在现场安装了一个无线主干网络架构，其中包括两个ISA-100.11a主干网络路由设备，构建无线主干网络，覆盖测点区域。主干网络路由设备相互无线通讯（WiFi），安装简单，主机系统通过主干网络的无线通讯即可获取整个无线网络的数据，进行集成。

测试的无线拓扑结构证明了ISA-100.11a标准的灵活性，其中主干网络路由设备提供广泛的室外无线覆盖，而无线仪表本身的路由网络，可以进一步延伸未覆盖的区域。

Arkema对主干网络路由设备的覆盖范围表示惊讶，这是因为在已安装的九台无线变送器中，七台无线变送器直接同主干网络路由设备无线通讯，建立了稳定的无线连接。而其余两台无线变送器位于更远的区域，它们通过与其它无线变送器相互通讯，通过无线变送器本身的路由所构建的无线网络，最终进入无线主干网络，实现数据集成。所有已安装的无线变送器都组态具有本身的路由功能，未来可以在现场添加更多的无线变送器，而无需额外的主干网络路由设备。

Arkema安装的无线变送器都经过ISA100标准委员会测试机构WCI的设备互通性测试，符合ISA-100.11a标准。该硬件/软件测试工具使用XML脚本以透明和独立于某个特定的无线仪表供应商，并在ISA-100.11a系统管理平台上测试、运行。

所有无线变送器经测试符合ISA-100.11a标准，经批准在Arkema使用。

为了验证工厂级无线覆盖的概念，最初的无线变送器安装到工厂的外围。根据对工厂的现场观察，布置主干网络路由设备，而没有进行任何类型的无线现场勘测，即可以构建覆盖测点区域的无线主干网络。

2009年9月，ISA-100.11a正式发布成为ISA标准，成为开放的工业无线国际标准。该无线现场仪表标准发布后，便出现了另一个无线现场仪表标准——HART Foundation制定的IEC 62591Ed 1.0标准。此外，还有中国仪器公司联盟推出的IEC 62601标准也通过审批。

如上所述，目前整个过程控制行业还没有完全确定或公认哪一个标准作为行业标准。因此，了解这些标准的来龙去脉更为重要，以便用户或仪表供应商能够有效地评估哪种标准更能满足他们现在和未来的需求。