一種基于WIA-PA工業無線網絡反應釜控制系統

周偉 譚娜

摘 要：本文介紹了一種基于WIA-PA工業無線網絡反應釜控制系統，該控制系統采用WIA-PA無線通信標準進行數據傳輸，采集反應釜壓力數據、溫度數據以及計量泵數據，并發送給控制平臺，從而現實對反應釜數據監測以及控制。

關鍵詞：WIA-PA ;反應釜;壓力;溫度

1 背景技術

在工業生產過程中，監測以及控制設備是化工中重要的部分，而目前反應釜的監控已經實現了電子設備的進入，但是沒有實現聯網功能，所以需要一套網絡監測設備，實現可以遠程監控反應釜的工作狀態，提高監測以及監控的智能化。

2 系統介紹

實現對反應釜溫度、壓力、進料配比、出料控制，系統的中底層硬件組成包括壓力采集單元、溫度采集單元、進料比調控閥門、出料控制閥門;網絡層硬件平臺包含無線網絡平臺模式;監控層的硬件平臺為電腦、服務器、交換機、防火墻等信息管理以及防護設備。

3 系統組成

系統組成：

a）現場采集硬件平臺

現場采集硬件平臺是工業反應釜互聯網系統的底層平臺。現場采集硬件平臺為系統提供底層數據（壓力數據、溫度數據、計量泵數據等）。需要增加壓力、溫度以及控制單位設備。

b）網絡平臺

網絡平臺是工業反應釜互聯網系統中間層平臺。網絡平臺為工業反應釜互聯網系統提供數據交流平臺，實現數據的實時交互。需要增加網絡傳輸路徑設備。

c）管理軟件平臺

管理軟件平臺是工業反應釜互聯網系統最后層平臺。網絡平臺為工業反應釜互聯網系統提供數據展示以及反應釜控制。需要增加管理軟件。

d）數據存儲平臺

數據存儲平臺是工業反應釜互聯網系統存儲平臺。需要增加磁盤陣列。

3.1硬件搭建：

現場采集硬件平臺：

1）壓力采集單元實現對化學制劑反應釜中反應時，實時監測反應釜內壓力的變化。壓力采集單元直接連接反應釜內，實時指示反應釜內壓力的大小。反應釜內如果沒有壓力采集單元 ， 或者壓力采集單元失靈，反應釜內的壓力就無法表示，從而直接危及安全。反應釜內上裝置靈敏、準確的壓力采集單元，操作人員就能憑壓力采集單元正確的操控反應釜 ， 確保安全、經濟的運行。

2）溫度采集單元實現對化學制劑反應釜中反應時，實時監測反應釜內溫度的變化。所以溫度采集單元應測量和指示反應釜內壓力的大小。反應釜如果溫度采集單元 ， 或者溫度采集單元失靈 ， 反應釜的溫度就無法表示 ， 從而直接影響化學制劑的反應效率甚至于危及安全。反應釜上裝置靈敏、準確的溫度采集單元 ， 操作人員就能憑溫度采集單元正確的操控反應釜， 確保安全、經濟的運行。

3）控制器作為系統中的一個控制單元，對系統中每一個閥門單元實施控制以及監督，反應釜閥門區分進料閥門、出料閥門、給水閥門等，為了實現對其控制將控制器的每一路控制信號以及采集信號與閥門進行有線鏈接，到達控制以及其狀態的采集。

4）計量泵采集器作為系統中的一個計量泵采集器單元，對系統中每一個計量泵數據采集，計量泵采集器與計量泵進行總線鏈接，到達計量泵數據獲取，每個計量泵需要一個計量泵采集器。

反應釜閥門區分進料閥門、出料閥門、給水閥門等，為了實現對其控制將控制器的每一路控制信號以及采集信號與閥門進行有線鏈接，到達控制以及其狀態的采集。

網絡層硬件平臺：

網絡層硬件平臺支持NB-IoT，NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被叫作低功耗廣域網（LPWAN）。NB-IoT支持待機時間長、對網絡連接要求較高設備的高效連接; LTE中的很多標準接手于3G UMTS的更新并最后成為4G移動通信技術。其中簡化網絡結構成為其中的工作重點。需要將原有的UMTS下電路交換+分組交換結合網絡簡化為全IP扁平化基礎網絡架構;5G網絡的主要目標是讓終端用戶始終處于聯網狀態，5G網絡將來支持的設備遠遠不止是智能手機——它還要支持智能手表、健身腕帶、智能家庭設備如鳥巢式室內恒溫器等，5G網絡是指下一代無線網絡，5G網絡將是4G網絡的真正升級版，它的基本要求并不同于無線網絡;WIA-PA 網絡采用星型和網狀結合的兩層網絡拓撲結構，如圖所示，第一層的網狀結構由網關和路由設備組成;第二層的星型結構由路由設備及現場設備或手持設備組成，WIA-PA 網絡協議遵循ISO/OSI 的七層結構，但只定義了數據鏈路層、網絡層、應用層;LoRaWAN是建立在LoRa技術之上的一種協議規格，LoRaWAN使用非授權的ISM頻段去建立傳感器與網關設備之間的低功耗、廣域通訊機制。基于該標準的方法有助于快速構建出可用的LPWAN公用、私用網絡，也包括對雙向數據安全加密、互操作性、移動性、精準定位等特性。

4 結束語

通過本產品的現場應用，可實現對反應釜監測以及控制，同時將數據上傳至服務器后，可通過上位機軟件實現實時計量、歷史趨勢曲線等功能，達到了減員增效的目的，實現了工廠智能化管理。

參考文獻：

[1]《工業無線網絡 WIA 規范第 1 部分： 用于過程自動化的 WIA 系統結構與通信規范》

GB/T 36465-2018網絡終端操作系統總體技術要求

（沈陽中科奧維科技股份有限公司，遼寧 沈陽 110179）