CN102821469B - 一种基于无线现场子网络和信道评估的流程工业控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明在于公开了一种基于无线现场子网络和信道评估的流程工业控制系统，包括基础无线网络和现场无线网络两个部分。其中，基础无线网络在传统的无线网络/以太网网关基础上，增加无线接入点。网关和无线接入点构成网状网络，以此形成基础无线网络，作为现场无线网络的骨干网络和接入网络。本发明将控制系统中无线技术形成自己的体系结构，充分发挥无线通信的功能特点，提高流程工业控制系统可靠性和实时性并提高了信道资质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动化系统，具体的涉及一种基于无线现场子网络和信道评估的流程工业控制系统。
背景技术
如今，继现场总线和工业以太网之后，工业无线技术已经成为新的研究热点。工业无线技术在工业领域的广泛应用是必然趋势，尤其是能耗高、资源利用率低的流程工业。然而，目前无线技术并没有广泛应用。其中主要原因之一，是工业环境恶劣，无线通信连路可靠性不能很好满足过程控制的可靠性、实时性要求。
国内外众多公司、企业和高校院都开始了工业无线技术研究，工业无线技术不断取得进展。在过程控制领域，WIA-PA、WirelessHART和ISA-100.11a三种工业无线技术得到了广泛认可，并逐步应用。这些技术都采用了跳频通信技术等提高无线通信可靠性，改善了通信质量。但是，由于技术形成背景等原因，包括这三种技术在内的现有过程控制中的无线技术也存在不足：
（1）多年来，控制系统中无线技术主要一直作为有线技术的补充，没有形成自己的体系结构，一定程度上还局限于“用无线替代电缆”，无线通信的功能特点还没有充分发挥。因而影响了无线技术特点发挥；
（2）如大多数现场总线技术一样，现有无线技术仅限于将通信延伸到现场底层，还不涉及如何组建现场控制网络。
发明内容
为了提高现有的流程工业控制系统的可靠性和实时性，本发明提出了一种基于无线现场子网络和信道评估的流程工业控制系统。系统基于流程工业工艺上特点，设计了现场无线子网络，在现场总线基础上，形成无线现场网络，提高系统可靠性和实时性；系统通过上层网络评估，为底层网络动态分配信道资源，从而提高了信道资质量。无线现场子网络和信道评估的过程控制系统结合无线通信和流程工业特点，形成了自己的体系结构。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种基于无线现场子网络和信道评估的流程工业控制系统，包括基础无线网络和现场无线网络两个部分，所述基础无线网络包含若干工控机，、网关和无线接入点。和若干的所述工控机通过以太网与若干网关连接构成传统的有线网络。所述若干无线接入点（AccessPoint，AP）与所述网关连接，若干的所述网关和若干的所述无线接入点构成网状网络，以此形成所述基础无线网络。所述现场无线网络中包含有传感器、控制器、执行器等现场设备，包括一段完整的工艺流程中的传感器、变送器、执行器等自动化仪表，或者若干相关的完整回路中的自动化仪表。所述现场无线网络通过所述基础无线网络作为骨干网络和接入网络接入整个系统。
本发明的原理是：基于无线现场子网络和信道评估的流程工业控制系统系统包括基础无线网络和现场无线网络两个部分。其中，基础无线网络在传统的无线网络和以太网网关基础上，增加无线接入点。网关和无线接入点构成网状网络，以此形成基础无线网络，作为现场无线网络的骨干网络和接入网络。
现场无线网络以流程工艺完整性和控制回路完整性为基础和目的，构成多个现场无线子网络，每个现场无线网络包括一段完整的工艺流程或回路中的传感器、变送器、执行器等自动化仪表。
系统中以完整工艺流程中仪表或相关的完整回路为单位，设计了多个现场设备子网络。各现场网络包括传感器、控制器、执行器等现场设备。系统中现场数据流具有不均衡性，数据通信主要发生在控制回路内部。在现场无线网络中，每个回路中都有数据流，包括传感器到控制器、控制器与执行器之间的数据流，这是控制系统中的基本情况；同一工段内部的回路之间涉及比值控制等情况时，两个回路之间也存在数据通信。现场网络设计上，将同一回路仪表，以及同一工艺流程回路，设计在同一现场网络，从而减小网内通信半径，提高通信质量，减少数据冗余，降低通信能耗。不同的现场设备子网络工作在不同的无线信道，从而根本上避免网间干扰。同时，同一回路设备工作在同一子网和相同无线信道，大大增加了系统通信的实时性和可靠性。工艺流程相关联的回路相距较远而不能设计在同一子网的，如图中无线现场子网和无线现场子网的回路之间则通过基础网络传输数据。
基础网络一方面提供网状网，为现场无线网络提供全覆盖、连通、均衡的介入网络，同时评估工厂信道环境，对信道资源进行分配调度。现场无线网络包括若干无线自网络，工作在基础网络分配的信道。
系统中，网关和无线接入点通过监测各个信道特征，从而感知工作区域无线信道质量，实现对可用信道环境的评估。由网关和无线接入点组成的基础网周期地评估信道环境，并向各个现场无线子网络分配优质信道，保证现场子网工作在可靠的信道上，从而保证子网通信可靠性。
本发明的有益效果是：本系统基于流程工业工艺上特点，设计了现场无线子网络，在现场总线基础上，形成无线现场网络，充分发挥无线通信的功能特点，提高系统可靠性和实时性；系统通过上层网络评估，为底层网络动态分配信道资源，从而提高了信道质量。无线现场子网络和信道评估的过程控制系统结合无线通信和流程工业特点，形成了自己的体系结构。
附图说明
图1为本发明的监控系统体系的结构示意图。
图中标号说明：1、基础无线网络，2、现场无线网络，3、工控机，4、以太网，5、网关，6、无线接入点，7、传感器，8、控制器，9、执行器。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参见图1所示，一种基于无线现场子网络和信道评估的流程工业控制系统，包括基础网络1和现场无线网络2两个部分，所述基础无线网络1包含若干工控机3、以太网4、若干网关4和若干无线接入点，所述的若干工控机3通过以太网4与若干网关5连接构成传统的有线网络，所述的若干无线接入点6与所述的若干网关5连接，所述的若干网关5和所述的若干无线接入点6构成网状网络，以此形成所述基础无线网络1；所述现场无线网络2中包含有若干传感器7、若干控制器8和若干执行器9；所述现场无线网络2通过所述基础无线网络1作为骨干网络和接入网络接入整个系统。
所述现场无线网络通过所述基础无线网络作为骨干网络和接入网络接入整个系统。所述基础无线网络基础网络一方面提供网状网，为现场无线网络提供全覆盖、连通、均衡的介入网络，同时评估工厂信道环境，对信道资源进行分配调度。现场无线网络包括若干无线自网络，工作在基础网络分配的信道。
Claims (1)
1.一种基于无线现场子网络和信道评估的流程工业控制系统，包括基础网络（1）和现场无线网络（2）两个部分，其特征在于 ：所述基础网络（1）包含若干工控机（3）、网关（5）和无线接入点（6），所述的若干工控机（3）通过以太网（4）与若干网关（5）连接，构成传统的有线网络，所述以太网网关提供无线网络以太网接入，所述的若干无线接入点（6）与所述的若干网关（5）连接，所述的若干网关（5）和所述的若干无线接入点（6）构成网状网络，以此形成所述基础无线网络（1）；所述现场无线网络（2）中包含有传感器（7）、控制器（8）和执行器（9）；所述现场无线网络（2）通过所述基础无线网络（1）作为骨干网络和接入网络接入整个系统，所述网关（5）和无线接入点（6）通过监测各个信道特征，从而感知工作区域无线信道质量，实现对可用信道环境的评估，由网关（5）和无线接入点（6）组成的基础网周期地评估信道环境，并向各个现场无线子网络分配优质信道。
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