一种基于WIA-PA工业无线网络反应釜控制系统

周伟 谭娜

摘 要：本文介绍了一种基于WIA-PA工业无线网络反应釜控制系统，该控制系统采用WIA-PA无线通信标准进行数据传输，采集反应釜压力数据、温度数据以及计量泵数据，并发送给控制平台，从而现实对反应釜数据监测以及控制。

关键词：WIA-PA ;反应釜;压力;温度

1 背景技术

在工业生产过程中，监测以及控制设备是化工中重要的部分，而目前反应釜的监控已经实现了电子设备的进入，但是没有实现联网功能，所以需要一套网络监测设备，实现可以远程监控反应釜的工作状态，提高监测以及监控的智能化。

2 系统介绍

实现对反应釜温度、压力、进料配比、出料控制，系统的中底层硬件组成包括压力采集单元、温度采集单元、进料比调控阀门、出料控制阀门;网络层硬件平台包含无线网络平台模式;监控层的硬件平台为电脑、服务器、交换机、防火墙等信息管理以及防护设备。

3 系统组成

系统组成：

a）现场采集硬件平台

现场采集硬件平台是工业反应釜互联网系统的底层平台。现场采集硬件平台为系统提供底层数据（压力数据、温度数据、计量泵数据等）。需要增加压力、温度以及控制单位设备。

b）网络平台

网络平台是工业反应釜互联网系统中间层平台。网络平台为工业反应釜互联网系统提供数据交流平台，实现数据的实时交互。需要增加网络传输路径设备。

c）管理软件平台

管理软件平台是工业反应釜互联网系统最后层平台。网络平台为工业反应釜互联网系统提供数据展示以及反应釜控制。需要增加管理软件。

d）数据存储平台

数据存储平台是工业反应釜互联网系统存储平台。需要增加磁盘阵列。

3.1硬件搭建：

现场采集硬件平台：

1）压力采集单元实现对化学制剂反应釜中反应时，实时监测反应釜内压力的变化。压力采集单元直接连接反应釜内，实时指示反应釜内压力的大小。反应釜内如果没有压力采集单元 ， 或者压力采集单元失灵，反应釜内的压力就无法表示，从而直接危及安全。反应釜内上装置灵敏、准确的压力采集单元，操作人员就能凭压力采集单元正确的操控反应釜 ， 确保安全、经济的运行。

2）温度采集单元实现对化学制剂反应釜中反应时，实时监测反应釜内温度的变化。所以温度采集单元应测量和指示反应釜内压力的大小。反应釜如果温度采集单元 ， 或者温度采集单元失灵 ， 反应釜的温度就无法表示 ， 从而直接影响化学制剂的反应效率甚至于危及安全。反应釜上装置灵敏、准确的温度采集单元 ， 操作人员就能凭温度采集单元正确的操控反应釜， 确保安全、经济的运行。

3）控制器作为系统中的一个控制单元，对系统中每一个阀门单元实施控制以及监督，反应釜阀门区分进料阀门、出料阀门、给水阀门等，为了实现对其控制将控制器的每一路控制信号以及采集信号与阀门进行有线链接，到达控制以及其状态的采集。

4）计量泵采集器作为系统中的一个计量泵采集器单元，对系统中每一个计量泵数据采集，计量泵采集器与计量泵进行总线链接，到达计量泵数据获取，每个计量泵需要一个计量泵采集器。

反应釜阀门区分进料阀门、出料阀门、给水阀门等，为了实现对其控制将控制器的每一路控制信号以及采集信号与阀门进行有线链接，到达控制以及其状态的采集。

网络层硬件平台：

网络层硬件平台支持NB-IoT，NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网（LPWAN）。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接; LTE中的很多标准接手于3G UMTS的更新并最后成为4G移动通信技术。其中简化网络结构成为其中的工作重点。需要将原有的UMTS下电路交换+分组交换结合网络简化为全IP扁平化基础网络架构;5G网络的主要目标是让终端用户始终处于联网状态，5G网络将来支持的设备远远不止是智能手机——它还要支持智能手表、健身腕带、智能家庭设备如鸟巢式室内恒温器等，5G网络是指下一代无线网络，5G网络将是4G网络的真正升级版，它的基本要求并不同于无线网络;WIA-PA 网络采用星型和网状结合的两层网络拓扑结构，如图所示，第一层的网状结构由网关和路由设备组成;第二层的星型结构由路由设备及现场设备或手持设备组成，WIA-PA 网络协议遵循ISO/OSI 的七层结构，但只定义了数据链路层、网络层、应用层;LoRaWAN是建立在LoRa技术之上的一种协议规格，LoRaWAN使用非授权的ISM频段去建立传感器与网关设备之间的低功耗、广域通讯机制。基于该标准的方法有助于快速构建出可用的LPWAN公用、私用网络，也包括对双向数据安全加密、互操作性、移动性、精准定位等特性。

4 结束语

通过本产品的现场应用，可实现对反应釜监测以及控制，同时将数据上传至服务器后，可通过上位机软件实现实时计量、历史趋势曲线等功能，达到了减员增效的目的，實现了工厂智能化管理。

参考文献：

[1]《工业无线网络 WIA 规范第 1 部分： 用于过程自动化的 WIA 系统结构与通信规范》

GB/T 36465-2018网络终端操作系统总体技术要求

（沈阳中科奥维科技股份有限公司，辽宁 沈阳 110179）