智能无线网络WIA产品及其解决方案探析

1、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

2、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 Netw

3、orks 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

4、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。 WIAA网络支支撑设备备： 设备备：网络络终端节节点，装装有传感感器或执执行器，安安装在工工业现场场，直接接与生产产流程连连接。 WIA网网关：包包

5、含1个个或多个个接入点点，连接接智能无无线网路路WIAA与其它它有线网网络，负负责网络络性能监监测、智智能网络络管理，以以及桥接接所有网网络设备备。 WIAA上位机机：用来来显示网网络拓、数数据信息息、设备备状态及及网络稳稳定性等等信息，具具有人机机交互功功能。 WIIA网络络技术规规范： 无无线电标标准：基基于IEEEE8802.15.4标准准，通信信速率为为2500kbpps； 波段段：2.4GHHz； 拓拓扑：星星型网、网网状网、星星型网状状混合网网； 网络规规模：一一个网关关最多可可以管理理1000台设备备，系统统可以通通过以太太网互连连多个网网关形成成大规模模复杂网网络； 传输输距离

6、：工业环环境室内内2000米，室室外8000米； 可可靠性：数据可可靠性大大于999%；自自适应跳跳频技术术，避免免干扰；冗余路路由技术术，自组组织修复复网络； 安安全性：网络设设备鉴权权与认证证，基于于工业认认证的数数据加密密技术； 兼兼容性：支持HHARTT命令，兼兼容无线线HARRT标准准； 电源源：网关关外接电电源供电电；设备备DC-3.33V普通通锂电池池供电，寿寿命为115年年，具体体情况取取决于网网络规模模及设备备采集数数据率； 数数据率：数据率率可配置置，可调调范围为为1s1h。 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，

7、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。 WIAA网络在在设备端端和上位位机端为为仪表用用户提供供了接口口，通过过WIAA网络提提供透明明的数据据传输服服务： 设备端端接口：WIAA适配器器为仪表表提供了了2种集集成方式式： 内部集集成：WWIA适适配器提提供串口口和相应应的读写写数据指指令，与与仪表原原有的处处理器连连接

8、通信信。使用用这种方方式，WWIA适适配器需需要集成成在仪表表内部。 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420mA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方方式：WWIA网网关向外外提供基基于XMML的AAPI接接口，用用户可以以使用该该接口实实现数据据传输以以及网络络的管理理配置。 HAART方方式：WWIA网网关支持持基于HHARTT指令的的数据传传输。 系统统数据

9、流流程： 下行数数据流程程：用户户在上位位机通过过RS2232或或以太网网向仪表表发送数数据信息息-WWIA网网关进行行数据打打包并无无线发送送给对应应的WIIA适配配器-WIAA适配器器通过RRS2332或RRS4885接口口把数据据包发送送给仪表表-仪仪表解析析数据包包，提取取数据信信息。 上行数数据流程程：仪表表把数据据信息发发送给WWIA适适配器-WIIA适配配器进行行数据打打包并无无线发送送给WIIA 网网关-WIAA网关解解析数据据包，提提取数据据信息并并通过RRS2332接口口或以太太网接口口传送给给上位机机-上上位机显显示数据据信息。 2.4GGHz无无线模块块 高效、易易用的

10、无无线平台台: 2.44GHzz无线模模块是一一个集合合了符合合IEEEE8002.115.44标准的的射频收收发器，高高性能超超低功耗耗的166位MSSP4330微处处理器，可可编程的的I/OO，多种种天线连连接方式式和多种种通信距距离选择择的整合合方案。 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

11、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； WIAA适配器器 集成WWIA核核心协议议的无线线设备： WWIA适适配器是是一种低低能耗、短短程无线线通信设设备，工工作在全全球免费费的2.4GHHz频段段。 WWIA适适配器集集成了WWIA核核心协议议，可以以连接现

12、现场仪表表设备，使使其可以以接入WWIA网网络中，并并且具备备网络路路由功能能。 兼容无无线HAART标标准、易易使用、易易集成的的OEMM产品： WWIA适适配器是是一种OOEM设设备，可可以方便便地与传传感器、仪仪表进行行连接，提提供高可可靠、低低能耗、低低成本的的智能无无线网络络功能。WWIA适适配器兼兼容于无无线HAART标标准，支支持HAART命命令，WWIA适适配器能能够集成成不同的的仪表，在在设备端端为用户户提供了了接口，通通过WIIA网络络提供透透明的数数据传输输服务。 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

13、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 集集成WIIA核心心协议的的无线设设备： WIIA网关关是一种种短程无无线通信信设备，需需要外接接电源供供电，工工作在全全球免费费的2.4GHHz频段段。 WWIA网网关负责责整个WWIA网网络的管管理、调调

14、度和优优化，设设定和维维护网络络通信参参数，统统一为网网络设备备分配通通信资源源和路由由，配置置WIAA网络的的运行，调调度WIIA网络络设备间间的通信信，监控控并报告告WIAA网络的的运行状状态。 WIAA网关还还作为全全网的时时间同步步源及均均衡网络络负载，提提供消息息缓冲与与保存，桥桥接所有有网络设设备。WWIA网网关采用用设备冗冗余机制制，冗余余网关负负责网关关的热备备份，一一旦网关关出现故故障，冗冗余网关关自动替替代网关关。 支持多多个网络络接入点点和服务务接入点点： WIAA网关支支持一个个或多个个网络接接入点和和服务接接入点。网网络接入入点提供供连接其其他网络络的接口口，比如如工

15、厂自自动化网网络，目目前提供供串口和和以太网网两种连连接方式式。服务务接入点点为上位位机应用用提供访访问和管管理WIIA网络络的接口口，目前前提供OOPC、XXML和和HARRT三种种接口方方式。 WIIA网关关技术规规范： 网网络大小小：一个个网关最最多可以以管理1100个个设备； 波波段：22.4GGHz； 用用户接口口：为用用户应用用提供OOPC、XXML及及HARRT三种种接口方方式； 全全面APPI接口口：支持持一个或或多个网网络接入入点和服服务接入入点，实实现不同同协议的的互连接接和互操操作； 多种种通信接接口：支支持以太太网、RRS2332等通通信接口口。 WWIA网网络管理理软

16、件 WIIA网络络管理软软件负责责显示整整个WIIA网络络拓扑，并并且可以以通过选选择菜单单项或工工具栏观观察实时时数据信信息、设设备状态态及网络络稳定性性等等。 WIAA网络管管理软件件具体功功能： 显显示网络络拓扑视视图。在在网络拓拓扑视图图中能够够显示出出整个网网络的拓拓扑结构构。 显示网网络设备备信息。显显示网络络中所有有设备的的基本信信息，包包括设备备类型、数数据值、数数据率、丢丢包率及及运行状状态信息息。 设备控控制功能能。可以以通过命命令对设设备相关关信息进进行读取取及配置置 查查询设备备数据记记录。可可以查询询设备实实时和历历史数据据信息。 查询网络性能记录。可以查询网络中每个

17、设备的实时和历史可靠性信息，并通过图表显示出来。 WIANET800开发套件 WIANET800开发套件为仪表企业及OEM厂商等提供工业无线网络原型产品，提供了一切模块编程和配置、模块与传感器连接、设备仪器输出及建立、测试和监控基于无线传感器网络所必需的功能。 WIANET800是一款兼容无线HART标准，通用性极强的适用于恶劣的现场环境，具有很强的抗干扰能力、超低功耗、高灵活、易使用的智能无线传感器网络。WIANET800采用智能无线网络WIA技术，是WIA网络的具体体现。 WIANET800开发套件提供了一个高速集成平台，快速与无线网络连接，符合IEEE802.15.4全球通用的2.4GH

18、z频段，数据率达到250kbps，帮助您快速地开发诸如数据采集、设备监控与检测等简单应用系统和搭建实验仿真平台。 WIANET800开发套件也可让您充分利用高效率网络在广域范围内进行测试，体验智能无线网络技术的优越性，同时为您提供灵活的评估Mesh网络概念的方法，并加快您的无线产品开发，快速占领无线市场的先机打下坚实的基础。 WWIANETT8000开发套套件组成成： 一个个WIAA网关。 十二个WIA适配器。 一个CD-ROM光盘，包括上位机软件及套件相关硬件和软件用户文挡。 一本WIANET800开发套件用户手册。 电池、AC/DC适配器、网线。 应用案例 循环流化床锅炉压力温度传输系统

19、应用地点： 辽宁某纸业有限公司 应用概述： 辽宁某纸业有限公司为了扩大规模，增加生产量，自行建一个循环流化床锅炉，冬季可以为公司和城区进行区域性供暖，平时可以用锅炉产生的蒸汽推动蒸汽轮机进行发电，为公司提供动力源，还可以利用蒸汽进行生产和作业。 为了节约生产成本，避免复杂的网络布线。公司采用我所的工业无线WIA网络进行压力、温度数据的采集与传输。安置在锅炉管道上的各个WIA无线压力表和WIA无线温度表实时把压力或温度数据信息传送到总控制室，用户通过WIA网络管理软件实时监控整个锅炉管道检测点的压力和温度情况。WIA无线压力表和WIA无线温度表都采用电池供电。 相关图片：抽油井示功功图无线线监测系系统 应用地地点： 东北某某大油田田 应用用概述： 东北北某大油油田要求求改进现现有的人人工举升升采油方方式有有杆泵采采油方式式。快速速及时、准准确无误误地对抽抽油井示示功图进进行测取取，是分分析、诊诊断、优优化抽油油井工作作状态，对对