《流程行業(yè)無線通信技術及應用》全面介紹了應用于流程行業(yè)無線通信的WirelessHART、ISA100.11a、WIA-PA三大標準。具體內(nèi)容包括流程行業(yè)無線通信技術理論基礎、流程行業(yè)無線通信標準、WirelessHART、ISA100.11a、WIA-PA標準及其應用、流程行業(yè)無線通信技術熱點分析、 自動化儀器儀表產(chǎn)品的無線化以及流程行業(yè)無線通信技術展望等內(nèi)容。
《流程行業(yè)無線通信技術及應用》將流程行業(yè)無線通信的前世今生娓娓道來，技術分析深入透徹，是流程行業(yè)企業(yè)、科研院所等自控專業(yè)技術人員、管理者學習研究無線通信的參考書。
《流程行業(yè)無線通信技術及應用》全面介紹了WirelessHART、ISA100.11a、WIA-PA三大標準，特別是詳細介紹了由中國科學家提出的WIA-PA標準的特點、系統(tǒng)構(gòu)成、工程設計及實際應用。
作者在設計院工作多年，因此本書能夠從用戶實際應用的角度出發(fā)，介紹流程行業(yè)無線通信技術的設計及現(xiàn)場應用。
自動化控制系統(tǒng)測量和控制信號的傳送經(jīng)歷了多次技術創(chuàng)新，從多類別信號到統(tǒng)一信號，從氣動電動模擬信號到數(shù)字信號，從一對一導線到靈活拓撲的現(xiàn)場總線，再從有線到無線。每次技術創(chuàng)新都帶來控制系統(tǒng)底層構(gòu)架的全面變革，儀表設備開始向網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。隨著工業(yè)無線技術的發(fā)展，它為傳統(tǒng)的DCS、PLC、FCS等自動化控制系統(tǒng)提供了一個高性價比信號傳送方式的選擇方案。
工業(yè)無線技術由于其低成本、高靈活等特點，自21世紀初興起就得到了美、德、日等很多先進工業(yè)國家的高度關注，我國與這些國家?guī)缀跬瑫r起步，開展了流程行業(yè)中工業(yè)無線技術的研究與應用，突破了抗干擾、高可靠、高實時、高安全和低功耗等技術難題，開發(fā)了包括無線適配器、路由器、網(wǎng)關、變送器、手抄器等一系列工業(yè)無線產(chǎn)品。因此，無論是從流程行業(yè)無線技術的基礎研究、標準制定，還是無線產(chǎn)品的開發(fā)和實際應用，我國與先進工業(yè)國家的差距并不大。我國自主研發(fā)的工業(yè)無線網(wǎng)絡技術WIAPA、WirelessHART與ISA10011a一起，成為流程行業(yè)無線技術的三大國際標準。
本書作者長期在設計單位工作，有豐富的研究和實際應用經(jīng)驗。本書的出版旨在向眾多工業(yè)無線產(chǎn)品的開發(fā)者和使用者介紹有關流程行業(yè)主流無線技術的起源發(fā)展、系統(tǒng)構(gòu)成、技術特點等基礎知識，并結(jié)合具體應用實例說明無線工業(yè)控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試的具體方法。本書力求實用，基礎部分簡明扼要，重點是用戶關切的如何設計、選用、安裝以及使用流程行業(yè)無線系統(tǒng)。
這本書為從事無線產(chǎn)品開發(fā)或工程應用的讀者提供了很好的參考。
機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所所長
第1篇流程行業(yè)無線通信技術理論基礎和基本知識/001
第1章流程行業(yè)通信技術的發(fā)展回顧/003
1.1流程行業(yè)通信技術發(fā)展歷程003
1.2無線通信的發(fā)展歷程004
1.3流程行業(yè)無線通信的特點005
1.4流程行業(yè)無線通信的要求007
1.4.1使用無線技術的一般條件007
1.4.2使用無線技術的特殊條件008
第2章流程行業(yè)無線通信技術理論基礎/012
2.1電磁波譜012
2.2波的傳播012
2.2.1自由空間傳播013
2.2.2實時傳播014
2.2.3在實際環(huán)境中的傳播016
2.2.4環(huán)境變化020
2.3通信系統(tǒng)模型021
2.4頻段022
第3章流程行業(yè)無線通信技術基本知識/023
3.1調(diào)制023
3.1.1跳頻擴頻FHSS024
3.1.2直接序列擴頻DSSS024
3.2天線026
3.2.1全向天線026
3.2.2定向天線028
3.2.3天線特性028
3.2.4天線增益029
3.3能源供應030
3.4信號加密032
3.4.1WEP/WPA032
3.4.2WPA2/AES033
3.4.3加密的特殊操作模式035
第4章流程行業(yè)無線通信標準/036
4.1ISM頻段036
4.1.1多路復用技術036
4.1.2頻段的分割036
4.1.3800～900MHz037
4.1.42.4GHz037
4.2全球標準038
4.2.1IEEE802.11（WLAN）038
4.2.2IEEE802.15.1（WPAN/藍牙）039
4.2.3IEEE802.15.4（低速率WPAN/ZigBee）040
4.2.4比較040
4.2.5共存041
4.2.6結(jié)論042
4.3網(wǎng)絡拓撲043
4.3.1星形拓撲結(jié)構(gòu)043
4.3.2網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)044
4.3.3星形網(wǎng)狀混合拓撲結(jié)構(gòu)045
第5章流程行業(yè)無線網(wǎng)絡應用的分類和設備類型/047
5.1流程行業(yè)無線網(wǎng)絡應用的分類047
5.2工業(yè)無線網(wǎng)絡的設備類型048
5.2.1現(xiàn)場設備049
5.2.2路由設備050
5.2.3適配器051
5.2.4中繼器054
5.2.5手持設備054
5.2.6接入點055
5.2.7網(wǎng)關057
5.2.8網(wǎng)絡管理器058
5.2.9安全管理器058第2篇WirelessHART標準/061
第6章WirelessHART標準的起源和發(fā)展/063
6.1HART標準063
6.1.1兩線制變送器063
6.1.2HART協(xié)議063
6.1.3HART協(xié)議的特點064
6.1.4HART協(xié)議技術規(guī)范064
6.1.5HART協(xié)議網(wǎng)絡模式065
6.2WirelessHART標準的目標和技術路線065
6.2.1WirelessHART的目標066
6.2.2WirelessHART技術路線的選擇067
6.3WirelessHART的發(fā)展歷程067
第7章WirelessHART的系統(tǒng)構(gòu)成/069
7.1艾默生過程管理公司流程行業(yè)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)展歷史069
7.2無線現(xiàn)場設備071
7.2.1艾默生過程管理公司的無線現(xiàn)場設備071
7.2.2其他公司的無線現(xiàn)場設備072
7.3適配器072
7.3.1艾默生過程管理公司的無線適配器072
7.3.2其他公司的無線適配器074
7.4智能無線網(wǎng)關075
7.4.1艾默生過程管理公司的智能無線網(wǎng)關075
7.4.2其他公司的智能無線網(wǎng)關076
7.5無線I/O卡、遠程鏈路和接入點076
7.5.1艾默生過程管理公司的無線I/O卡、遠程鏈路和接入點076
7.5.2菲尼克斯公司的WLAN接入點077
第8章WirelessHART的特點/079
8.1先進性079
8.2成熟性080
8.3可靠性081
8.4安全性083
8.5簡便性083
第9章WirelessHART系統(tǒng)設計/085
9.1WirelessHART無線網(wǎng)絡方案選擇085
9.1.1信號傳送方案選擇085
9.1.2成本估算086
9.1.3提高系統(tǒng)可用性的考慮086
9.2WirelessHART無線網(wǎng)絡現(xiàn)場調(diào)查087
9.2.1定義網(wǎng)絡操作區(qū)域088
9.2.2操作區(qū)域其他無線網(wǎng)絡的部署089
9.2.3操作區(qū)域按障礙物分類091
9.3WirelessHART無線網(wǎng)絡設計092
9.3.1WirelessHART監(jiān)測網(wǎng)絡設計規(guī)則093
9.3.2WirelessHART監(jiān)測網(wǎng)絡設計規(guī)則的突破096
9.3.3WirelessHART控制網(wǎng)絡設計規(guī)則097
9.3.4強化網(wǎng)絡的措施098
9.4WirelessHART無線網(wǎng)絡設計計算101
9.4.1概述101
9.4.2無線現(xiàn)場設備的刷新率選擇102
9.4.3WirelessHART無線現(xiàn)場設備臺數(shù)統(tǒng)計102
9.4.4無線網(wǎng)關數(shù)量的計算103
9.5WirelessHART無線現(xiàn)場網(wǎng)絡集成107
9.5.1概述107
9.5.2通過以太網(wǎng)集成108
9.5.3通過RS485總線（串行）集成109
9.5.4通過DeltaV控制系統(tǒng)的本地節(jié)點集成110
9.5.5通過無線現(xiàn)場數(shù)據(jù)回傳集成111
9.6工程圖紙設計114
9.6.1總體說明114
9.6.2艾默生過程管理公司的圖形符號114
9.6.3倍加福公司的圖形符號115
9.6.4E+H公司的圖形符號115
第10章WirelessHART無線網(wǎng)絡的現(xiàn)場安裝/118
10.1概述118
10.2安裝網(wǎng)關118
10.3安裝無線現(xiàn)場設備122
10.3.1無線現(xiàn)場變送器的安裝122
10.3.2適配器的安裝123
10.3.3中繼器的安裝125
10.4天線安裝的相對位置126
10.5分步實施的現(xiàn)場安裝127
第11章WirelessHART無線網(wǎng)絡的現(xiàn)場調(diào)試及投運/128
11.1現(xiàn)場調(diào)試及投運步驟128
11.1.1網(wǎng)關128
11.1.2WirelessHART無線現(xiàn)場設備128
11.1.3WirelessHART設備的調(diào)試投運129
11.1.4將儀表加入網(wǎng)絡130
11.1.5應用集成131
11.2AMS無線SNAPON應用軟件131
11.2.1使用方法131
11.2.2功能131
11.3現(xiàn)場設置及投運133
11.3.1無線系統(tǒng)內(nèi)部連接133
11.3.2無線網(wǎng)關組態(tài)配置134
11.3.3無線現(xiàn)場儀表組態(tài)配置134
11.3.4無線系統(tǒng)與有線控制系統(tǒng)的集成135
第12章WirelessHART無線網(wǎng)絡的應用/137
12.1江西卡博特藍星化工公司138
12.2中石油塔西南化肥廠139
12.3中海油友誼號平臺輸油船139
12.4華能上海石洞口第一電廠140
12.5電科院電廠性能測試141
12.6云南馳宏鋅鍺公司會澤冶煉廠142
12.7南海北部灣海上石油平臺144
12.8英國Croda公司145
12.9哥倫比亞Pacific Rubiales石油公司146
12.10川西北氣礦梓潼采氣作業(yè)區(qū)148
第3篇ISA100.11a標準/151
第13章ISA100.11a標準的起源和發(fā)展/153
13.1ISA簡介153
13.2ISA100簡介154
13.3ISA100.11a 簡介155
13.4ISA100.11a工作組155
13.5ISA100.11a標準概要157
13.5.1ISA100.11a的目標157
13.5.2ISA100.11a的關鍵技術157
13.5.3ISA100.11a無線網(wǎng)絡架構(gòu)的主要組件158
13.5.4ISA100.11a產(chǎn)品159
第14章OneWireless的系統(tǒng)構(gòu)成/160
14.1霍尼韋爾流程行業(yè)無線網(wǎng)絡系統(tǒng)發(fā)展歷史160
14.2OneWireless無線網(wǎng)絡設備161
14.2.1無線現(xiàn)場設備16114.2.2適配器162
14.2.3無線手持設備163
14.2.4OneWireless無線主干網(wǎng)絡設備164
14.2.5大型多功能網(wǎng)絡要求的輔助組件168
14.3各種類型ISA100.11a無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡規(guī)劃169
14.3.1小型ISA100.11a無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡規(guī)劃169
14.3.2中型ISA100.11a無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡規(guī)劃170
14.3.3中型ISA100.11a和IEEE802.11a/b/g網(wǎng)絡規(guī)劃170
14.3.4OneWireless網(wǎng)絡連接到工廠控制網(wǎng)絡規(guī)劃172
14.3.5帶Cisco節(jié)點的ISA100.11a無線現(xiàn)場設備網(wǎng)絡規(guī)劃172
第15章OneWireless工業(yè)無線網(wǎng)絡的特點/175
15.1一個無線網(wǎng)絡架構(gòu)支持整個工廠的應用175
15.1.1無線變送器175
15.1.2無線視頻176
15.1.3移動工作站177
15.1.4無線巡檢178
15.1.5振動監(jiān)測178
15.1.6人員設備即時定位179
15.1.7就地顯示儀表的讀數(shù)傳送180
15.1.8HART設備無線數(shù)據(jù)采集180
15.1.9其他以太網(wǎng)設備的無線轉(zhuǎn)接181
15.2一個無線管理平臺支持多種通信協(xié)議181
15.3與控制系統(tǒng)完全一體化的數(shù)據(jù)集成182
15.4無線變送器電池壽命長183
15.5無線變送器可選擇快速刷新率及無線網(wǎng)絡通信時間滯后非常短184
15.6通信距離較長184
第16章OneWireless系統(tǒng)設計/185
16.1OneWireless無線網(wǎng)絡方案選擇185
16.2OneWireless無線網(wǎng)絡的組件及其選擇185
16.3OneWireless無線網(wǎng)絡現(xiàn)場調(diào)查188
16.3.1現(xiàn)場調(diào)查的目的188
16.3.2現(xiàn)場調(diào)查的內(nèi)容188
16.4OneWireless無線網(wǎng)絡設計193
16.4.1OneWireless無線網(wǎng)絡拓撲193
16.4.2OneWireless Mesh網(wǎng)絡的配置194
16.4.3Mesh跳限制196
16.4.4OneWireless網(wǎng)絡的子網(wǎng)或域197
16.4.5OneWireless通信197
16.4.6交換機198
16.4.7無線防火墻配置198
16.4.8NTP設置的類型199
16.4.9接入點覆蓋區(qū)域199
16.4.10無線節(jié)點的最大通信距離199
16.5OneWireless無線網(wǎng)絡規(guī)模199
第17章OneWireless無線網(wǎng)絡的現(xiàn)場安裝/200
17.1概述200
17.2安裝多功能節(jié)點及接入設備201
17.2.1賦予網(wǎng)關功能的多功能節(jié)點及接入設備201
17.2.2不作為網(wǎng)關的多功能節(jié)點及接入設備201
17.3安裝無線現(xiàn)場設備204
17.3.1連接電池204
17.3.2選點并安裝設備204
17.3.3安裝天線205
第18章OneWireless無線網(wǎng)絡的現(xiàn)場測試及投運/207
18.1現(xiàn)場測試207
18.1.1煉油廠罐區(qū)概況207
18.1.2現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)207
18.2貴州盤縣電廠無線網(wǎng)絡運行及測試210
18.2.1測試現(xiàn)場概況211
18.2.2現(xiàn)場安裝、投運及測試程序212
18.2.3測試結(jié)論213
18.3OneWireless無線網(wǎng)絡的投運213
第19章OneWireless無線網(wǎng)絡的應用/215
19.1中石化鎮(zhèn)海煉化8公里乙烯運輸管線215
19.2中石油西固油庫216
19.3華東電力試驗研究院218
19.4中石油大連石化218
19.5中聯(lián)煤層氣山西沁縣氣田219
19.6申能上海臨港燃氣電廠221
19.7中石化武漢800kt/a乙烯罐區(qū)222
19.7.1無線儀表系統(tǒng)概況222
19.7.2無線解決方案222
19.7.3無線儀表系統(tǒng)的工程實施224
19.7.4應用效果225
19.8美國加州威明頓Valero Energy煉油廠225
第20章橫河電機的ISA100.11a無線網(wǎng)絡系統(tǒng)/227
20.1概述227
20.2系統(tǒng)構(gòu)成227
20.2.1無線現(xiàn)場設備227
20.2.2適配器228
20.2.3無線現(xiàn)場網(wǎng)絡設備229
20.3系統(tǒng)設計233
20.3.1橫河無線系統(tǒng)方案233
20.3.2橫河無線系統(tǒng)與主機系統(tǒng)的集成238
20.3.3現(xiàn)場調(diào)查244
20.4現(xiàn)場安裝247
20.4.1安裝無線現(xiàn)場設備247
20.4.2安裝YFGW710現(xiàn)場無線一體型網(wǎng)關249
20.4.3安裝YFGW510無線接入點249
20.5現(xiàn)場調(diào)試和投運250
20.5.1啟動現(xiàn)場無線系統(tǒng)250
20.5.2顯示器監(jiān)控畫面及操作251
20.5.3無線通信質(zhì)量的評價指標及具體應用255
20.6橫河電機ISA100.11a無線網(wǎng)絡的應用260
20.6.1造紙廠260
20.6.2回轉(zhuǎn)窯溫度測量260
20.6.3化工廠罐區(qū)溫度監(jiān)控261
20.6.4采鹽鹵水提取井流量監(jiān)控262
第4篇WIAPA標準/263
第21章WIAPA標準概述/265
21.1WIAPA標準的起源和發(fā)展265
21.1.1中國工業(yè)無線聯(lián)盟265
21.1.2WIAPA的目標265
21.1.3WIAPA網(wǎng)絡技術規(guī)范265
21.2WIAPA的系統(tǒng)構(gòu)成266
21.2.1現(xiàn)場無線設備267
21.2.2適配器270
21.2.3智能無線網(wǎng)關270
21.3WIAPA網(wǎng)絡的特點273
21.3.1支持多種拓撲結(jié)構(gòu)273
21.3.2采用集中式與分布式結(jié)合的系統(tǒng)管理方式274
21.3.3支持報文的聚合和解聚275
21.3.4通信可靠275
21.3.5超低功率276
21.3.6兼容無線HART標準和多種協(xié)議276
21.3.7價格優(yōu)勢277
第22章WIAPA系統(tǒng)設計及現(xiàn)場調(diào)試和投運/278
22.1WIAPA系統(tǒng)設計278
22.1.1單臺WIAPA無線網(wǎng)關連接的無線現(xiàn)場設備臺數(shù)278
22.1.2多臺WIAPA無線網(wǎng)關的應用279
22.1.3無線HART適配器的天線選型279
22.1.4多跳信號傳輸?shù)淖畲筇鴶?shù)280
22.2WIAPA現(xiàn)場調(diào)試和投運280
22.2.1無線現(xiàn)場設備安裝位置選擇280
22.2.2WIAPA網(wǎng)絡管理軟件280
22.2.3力達寧化工公司的現(xiàn)場投運282
22.2.4撫順石化熱電廠的現(xiàn)場投運283
22.2.5新疆油田公司采油二廠的現(xiàn)場投運285
第23章WIAPA的開發(fā)解決方案和應用/287
23.1WIAPA的開發(fā)解決方案287
23.1.1自行開發(fā)全套無線產(chǎn)品287
23.1.2通過通用接口與無線模塊集成287
23.1.3OEM定制開發(fā)288
23.2WIAPA的應用289
23.2.1鞍鋼冷軋廠連續(xù)退火生產(chǎn)線289
23.2.2中石油撫順石化熱電廠290
23.2.3江蘇灌云力達寧化工公司291
23.2.4大港油田滄州第三采油廠292
23.2.5太陽能光伏發(fā)電站293
23.2.6印尼望加錫臨海罐區(qū)294
第5篇流程行業(yè)無線通信技術展望/297
第24章流程行業(yè)無線通信技術熱點分析/299
24.1網(wǎng)絡299
24.2路由300
24.3刷新率301
24.4電池壽命301
24.5傳輸距離302
24.6變送器種類302
24.7安全303
24.8PID控制304
24.9費用305
24.10流程行業(yè)無線技術選型思路307
第25章其他無線技術的應用/309
25.1ZigBee技術309
25.1.1ZigBee概述309
25.1.2ZigBee特點310
25.1.3ZigBee應用311
25.2Trusted Wireless技術312
25.2.1任務312
25.2.2無線通信312
25.2.3數(shù)據(jù)傳輸313
25.2.4結(jié)構(gòu)314
25.2.5建立連接315
25.2.6安全316
25.2.7工業(yè)應用裝置316
25.2.8現(xiàn)場應用316
25.3EPA無線技術317
25.3.1EPA標準317
25.3.2EPA技術網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)318
25.3.3EPA無線技術設備類型和網(wǎng)絡類型319
第26章流程行業(yè)無線通信技術展望/320
26.1擴大應用范圍320
26.2擴展到控制領域321
26.3多種通信技術標準的融合321
26.4系統(tǒng)架構(gòu)的創(chuàng)新324
26.5引入新的頻段325
26.6引入無線行業(yè)領軍廠家的技術和產(chǎn)品325
26.7建立各種流程行業(yè)無線通信標準測試實驗室326
26.8WIAPA的前景廣闊326
附錄名詞解釋328
參考文獻337
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