WIA-PA工業無線技術在石化廠能源計量系統上的應用研究

史堃 郭存剛

摘 要 本文結合WIA-PA技術在石化廠能源計量項目實施過程中的實際應用情況，分別闡述了WIA-PA技術在實際應用上的技術特點，及適用的范圍。

關鍵詞 WIA-PA;能源計量;工業無線網絡;數據采集

前言

通過本項目的實施，實現WIA-PA工業無線網絡技術與石化廠的生產工藝流程計量統計相融合，建立工廠生產過程參數實時信息采集、傳輸及顯示分析系統，進而解決計量儀表分布較分散，安裝位置偏僻，人工抄錄費時費力的實際問題，有效提高工人數據采集效率，降低工作復雜度。

1WIA-PA工業無線技術

WIA-PA（wireless networks for industrial automation process automation）工業無線技術是一項面向大規模傳感器信息采集和傳輸的智能組網和高可靠、高安全無線通信技術，也是我國在物聯網領域自主研發的全國產的工業無線通信技術。2011年3月，經過國際電工委員會（IEC）全體成員國的投票，以100%的得票率獲得通過，得到了國際廣泛的關注和認可，成為國際上工業物聯網領域3項標準化技術之一[1]。

2WIA-PA工業無線網絡結構

網絡整體機構及硬件配置

WIA-PA整體的網絡結構分為三層，即現場儀表數據采集層、網絡傳輸層、應用控制層。

硬件分別采用了WIA-PA無線IO模塊、WIA-PA無線中繼器、WIA-PA無線網關。

2.1 現場儀表數據采集層

在現場設備接入WIA的網絡時，通常采用以下兩種方式：一是，該設備本身具備WIA-PA網絡功能，可直接接入WIA網絡中。二是，本身設備不具備WIA-PA網絡功能，需通過WIA-PA無線IO設備轉換成WIA-PA信號后的接入。本項目中采用的是第二種接入方式，即滿足了現場對原有儀表設備的利用，又很好的接入WIA網絡中，通過WIA-PA無線IO設備的中轉，使得現場的原有儀表設備的利舊率達到90%以上。

該部分硬件設備采用WIA-PA無線IO模塊作為接入WIA網絡設備，與儀表側則是采用RS485通信方式，便于將就近位置的多塊儀表一并接入同一無線IO模塊中。

通過WIA-PA無線IO模塊自帶的RS233通信接口，完成無線IO的設備相關信息的設置，接入儀表設備的通信信息的設置。

2.2 網絡傳輸層

在現場儀表設備具備WIA網絡功能后，通過網關接入廠內原有的有線網絡中。由于WIA-PA工業無線網絡融合了‘網狀網和‘星型網優勢，形成了復合結構的工業無線網絡，使得現場儀表設備即是接入儀表的設備的起點，又是其他位置偏僻儀表的中繼點，所以現場儀表設備形成WIA網絡后，其動態網絡的管理效率提高80%以上，現場儀表設備的首次入網率達到99%以上，很好地完成現場設備的入網要求，這樣也使得后續的維護工作強度大大降低。

該部分采用WIA-PA無線網關作為WIA網絡的管理者、調度者與傳輸者。當無線網關配置完成后，無線網關作為其范圍內（可視距離1000m內）的網絡接入中心點，由于單個WIA無線網關具備接入40路無線IO模塊的能力，這樣一來能夠滿足可視區域內全部儀表的接入，降低了現場儀表設備的改造費用。

完成WIA-PA無線IO設備的信號接入，由于WIA無線網關采用的是POE-HM模塊的供電方式，很好地解決了化工廠現場供電安全的問題，同時由于POE模塊本身具備防雷功能，對網絡設備安全、抗雷擊干擾等安全保障又得到了進一步的提升。

2.3 應用控制層

應用控制層主要功能為實現HMI人機交互及數據采集、大數據分析及綜合利用。該部分主要采用SCADA軟件、數據庫軟件。同時為滿足工作人員監視的需求，系統整體采用B/S架構管理系統，并采用類似于Microsoft的IIS功能完成數據網頁發布，使得處于現場不同位置的工作人員可隨時公司局域網內的電腦瀏覽器查詢到現場儀表的實時數據及歷史數據。同時為便于更加直觀查看數據，數據在顯示方式上也采用了曲線、表格等不同的展示方式。

同時為方便其他設備用戶對于該部分數據的使用，應用層在軟件選取上，使用了具備OPS server功能的軟件，為后續數據的再次開發利用提供的方便。

另外，在網絡安全性上，為更好地提高生產網本身的安全性，可采用工業級的硬防火墻設備滿足其對網絡安全的需求，由于硬防火墻具備對通過的數據全面分析和管理的能力，提高了網絡安全的“縱深防御”能力，提高了WIA-PA網絡的整體的適用范圍[2]。

3現場使用情況

系統經過三個月試運行，現場儀表設備的接入率始終保持在99%以上。同時對采集數據的進行對比，在排除人為誤差后，WIA-PA無線設備的數據準確性在99%以上，誤差范圍均在標準范圍內。該系統在現場已具備取代人工的現場抄表的數據依據。在采用WIA-PA無線設備遠程抄表后，大大提高現場數據的采集效率，降低了人工的勞動強度，減少人為誤差，對工廠的能源計量的準確性、及時性都將得到很大的提高。

同時，由于WIA-PA無線設備在安裝過程中無須進行布線，大大降低了設備的安裝成本，并且WIA無線設備具備自動重新入網的功能，在后續的儀表維護時，無須再次入網調試，減輕了人工的二次維護勞動強度。

4結束語

基于WIA-PA工業無線技術的能源計量系統，很好地完成了低成本高可用度的數字化信息系統改造工作。其高穩定性、易于擴展、低維護量及維護成本，都將使其在后續的數字化改造中發揮更大的作用。

參考文獻

[1] 曾鵬，于海斌.工業無線網絡WIA標準體系與關鍵技術[J].自動化博覽，2009，（1）：30-33.

[2] 曲家興，周瑩，王希忠，等.工業控制系統無線網絡安全體系的研究[J].信息技術，2013，（1）：44-46，50.