WIA-PA工业无线技术在石化厂能源计量系统上的应用研究

史堃 郭存刚

摘 要 本文结合WIA-PA技术在石化厂能源计量项目实施过程中的实际应用情况，分别阐述了WIA-PA技术在实际应用上的技术特点，及适用的范围。

关键词 WIA-PA;能源计量;工业无线网络;数据采集

前言

通过本项目的实施，实现WIA-PA工业无线网络技术与石化厂的生产工艺流程计量统计相融合，建立工厂生产过程参数实时信息采集、传输及显示分析系统，进而解决计量仪表分布较分散，安装位置偏僻，人工抄录费时费力的实际问题，有效提高工人数据采集效率，降低工作复杂度。

1WIA-PA工业无线技术

WIA-PA（wireless networks for industrial automation process automation）工业无线技术是一项面向大规模传感器信息采集和传输的智能组网和高可靠、高安全无线通信技术，也是我国在物联网领域自主研发的全国产的工业无线通信技术。2011年3月，经过国际电工委员会（IEC）全体成员国的投票，以100%的得票率获得通过，得到了国际广泛的关注和认可，成为国际上工业物联网领域3项标准化技术之一[1]。

2WIA-PA工业无线网络结构

网络整体机构及硬件配置

WIA-PA整体的网络结构分为三层，即现场仪表数据采集层、网络传输层、应用控制层。

硬件分别采用了WIA-PA无线IO模块、WIA-PA无线中继器、WIA-PA无线网关。

2.1 现场仪表数据采集层

在现场设备接入WIA的网络时，通常采用以下两种方式：一是，该设备本身具备WIA-PA网络功能，可直接接入WIA网络中。二是，本身设备不具备WIA-PA网络功能，需通过WIA-PA无线IO设备转换成WIA-PA信号后的接入。本项目中采用的是第二种接入方式，即满足了现场对原有仪表设备的利用，又很好的接入WIA网络中，通过WIA-PA无线IO设备的中转，使得现场的原有仪表设备的利旧率达到90%以上。

该部分硬件设备采用WIA-PA无线IO模块作为接入WIA网络设备，与仪表侧则是采用RS485通信方式，便于将就近位置的多块仪表一并接入同一无线IO模块中。

通过WIA-PA无线IO模块自带的RS233通信接口，完成无线IO的设备相关信息的设置，接入仪表设备的通信信息的设置。

2.2 网络传输层

在现场仪表设备具备WIA网络功能后，通过网关接入厂内原有的有线网络中。由于WIA-PA工业无线网络融合了‘网状网和‘星型网优势，形成了复合结构的工业无线网络，使得现场仪表设备即是接入仪表的设备的起点，又是其他位置偏僻仪表的中继点，所以现场仪表设备形成WIA网络后，其动态网络的管理效率提高80%以上，现场仪表设备的首次入网率达到99%以上，很好地完成现场设备的入网要求，这样也使得后续的维护工作强度大大降低。

该部分采用WIA-PA无线网关作为WIA网络的管理者、调度者与传输者。当无线网关配置完成后，无线网关作为其范围内（可视距离1000m内）的网络接入中心点，由于单个WIA无线网关具备接入40路无线IO模块的能力，这样一来能够满足可视区域内全部仪表的接入，降低了现场仪表设备的改造费用。

完成WIA-PA无线IO设备的信号接入，由于WIA无线网关采用的是POE-HM模块的供电方式，很好地解决了化工厂现场供电安全的问题，同时由于POE模块本身具备防雷功能，对网络设备安全、抗雷击干扰等安全保障又得到了进一步的提升。

2.3 应用控制层

应用控制层主要功能为实现HMI人机交互及数据采集、大数据分析及综合利用。该部分主要采用SCADA软件、数据库软件。同时为满足工作人员监视的需求，系统整体采用B/S架构管理系统，并采用类似于Microsoft的IIS功能完成數据网页发布，使得处于现场不同位置的工作人员可随时公司局域网内的电脑浏览器查询到现场仪表的实时数据及历史数据。同时为便于更加直观查看数据，数据在显示方式上也采用了曲线、表格等不同的展示方式。

同时为方便其他设备用户对于该部分数据的使用，应用层在软件选取上，使用了具备OPS server功能的软件，为后续数据的再次开发利用提供的方便。

另外，在网络安全性上，为更好地提高生产网本身的安全性，可采用工业级的硬防火墙设备满足其对网络安全的需求，由于硬防火墙具备对通过的数据全面分析和管理的能力，提高了网络安全的“纵深防御”能力，提高了WIA-PA网络的整体的适用范围[2]。

3现场使用情况

系统经过三个月试运行，现场仪表设备的接入率始终保持在99%以上。同时对采集数据的进行对比，在排除人为误差后，WIA-PA无线设备的数据准确性在99%以上，误差范围均在标准范围内。该系统在现场已具备取代人工的现场抄表的数据依据。在采用WIA-PA无线设备远程抄表后，大大提高现场数据的采集效率，降低了人工的劳动强度，减少人为误差，对工厂的能源计量的准确性、及时性都将得到很大的提高。

同时，由于WIA-PA无线设备在安装过程中无须进行布线，大大降低了设备的安装成本，并且WIA无线设备具备自动重新入网的功能，在后续的仪表维护时，无须再次入网调试，减轻了人工的二次维护劳动强度。

4结束语

基于WIA-PA工业无线技术的能源计量系统，很好地完成了低成本高可用度的数字化信息系统改造工作。其高稳定性、易于扩展、低维护量及维护成本，都将使其在后续的数字化改造中发挥更大的作用。

参考文献

[1] 曾鹏，于海斌.工业无线网络WIA标准体系与关键技术[J].自动化博览，2009，（1）：30-33.

[2] 曲家兴，周莹，王希忠，等.工业控制系统无线网络安全体系的研究[J].信息技术，2013，（1）：44-46，50.