一種基於無線現場子網絡和信道評估的流程工業控制系統的製作方法

2023-06-13 02:37:11

專利名稱：一種基於無線現場子網絡和信道評估的流程工業控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動化系統，具體的涉及ー種基於無線現場子網絡和信道評估的流程エ業控制系統。
背景技術：
如今，繼現場總線和エ業乙太網之後，エ業無線技術已經成為新的研究熱點。エ業無線技術在エ業領域的廣泛應用是必然趨勢，尤其是能耗高、資源利用率低的流程エ業。然而，目前無線技術並沒有廣泛應用。其中主要原因之一，是エ業環境惡劣，無線通信連路可靠性不能很好滿足過程控制的可靠性、實時性要求。國內外眾多公司、企業和高校院都開始了エ業無線技術研究，エ業無線技術不斷取得進展。在過程控制領域，WIA-PA、WirelessHART和ISA-100. Ila三種エ業無線技術得到了廣泛認可，並逐步應用。這些技術都採用了跳頻通信技術等提高無線通信可靠性，改 善了通信質量。但是，由於技術形成背景等原因，包括這三種技術在內的現有過程控制中的無線技術也存在不足
(1)多年來，控制系統中無線技術主要一直作為有線技術的補充，沒有形成自己的體系結構，一定程度上還局限幹「用無線替代電纜」，無線通信的功能特點還沒有充分發揮。因而影響了無線技術特點發揮；
(2)如大多數現場總線技術一祥，現有無線技術僅限於將通信延伸到現場底層，還不涉及如何組建現場控制網絡。

發明內容
為了提高現有的流程エ業控制系統的可靠性和實時性，本發明提出了ー種基於無線現場子網絡和信道評估的流程エ業控制系統。系統基於流程エ業エ藝上特點，設計了現場無線子網絡，在現場總線基礎上，形成無線現場網絡，提高系統可靠性和實時性；系統通過上層網絡評估，為底層網絡動態分配信道資源，從而提高了信道資質量。無線現場子網絡和信道評估的過程控制系統結合無線通信和流程エ業特點，形成了自己的體系結構。為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現ー種基於無線現場子網絡和信道評估的流程エ業控制系統，包括基礎無線網絡和現場無線網絡兩個部分，所述基礎無線網絡包含若干エ控機，、網關和無線接入點。和若干的所述エ控機通過乙太網與若干網關連接構成傳統的有線網絡。所述若干無線接入點(Access Point, AP)與所述網關連接，若干的所述網關和若干的所述無線接入點構成網狀網絡，以此形成所述基礎無線網絡。所述現場無線網絡中包含有傳感器、控制器、執行器等現場設備，包括一段完整的エ藝流程中的傳感器、變送器、執行器等自動化儀表，或者若干相關的完整迴路中的自動化儀表。所述現場無線網絡通過所述基礎無線網絡作為骨幹網絡和接入網絡接入整個系統。本發明的原理是基於無線現場子網絡和信道評估的流程エ業控制系統系統包括基礎無線網絡和現場無線網絡兩個部分。其中，基礎無線網絡在傳統的無線網絡和乙太網網關基礎上，増加無線接入點。網關和無線接入點構成網狀網絡，以此形成基礎無線網絡，作為現場無線網絡的骨幹網絡和接入網絡。現場無線網絡以流程エ藝完整性和控制迴路完整性為基礎和目的，構成多個現場無線子網絡，每個現場無線網絡包括一段完整的エ藝流程或迴路中的傳感器、變送器、執行器等自動化儀表。系統中以完整エ藝流程中儀表或相關的完整迴路為單位，設計了多個現場設備子網絡。各現場網絡包括傳感器、控制器、執行器等現場設備。系統中現場數據流具有不均衡性，數據通信主要發生在控制迴路內部。在現場無線網絡中，每個迴路中都有數據流，包括傳感器到控制器、控制器與執行器之間的數據流，這是控制系統中的基本情況；同一エ段內部的迴路之間涉及比值控制等情況時，兩個迴路之間也存在數據通信。現場網絡設計上，將同一迴路儀表，以及同一エ藝流程迴路，設計在同一現場網絡，從而減小網內通信半徑，提高通信質量，減少數據冗餘，降低通信能耗。不同的現場設備子網絡工作在不同的無線信道，從而根本上避免網間幹擾。同時，同一迴路設備工作在同一子網和相同無線信道，大大 増加了系統通信的實時性和可靠性。エ藝流程相關聯的迴路相距較遠而不能設計在同一子網的，如圖中無線現場子網和無線現場子網的迴路之間則通過基礎網絡傳輸數據。基礎網絡一方面提供網狀網，為現場無線網絡提供全覆蓋、連通、均衡的介入網絡，同時評估エ廠信道環境，對信道資源進行分配調度。現場無線網絡包括若干無線自網絡，工作在基礎網絡分配的信道。系統中，網關和無線接入點通過監測各個信道特徵，從而感知工作區域無線信道質量，實現對可用信道環境的評估。由網關和無線接入點組成的基礎網周期地評估信道環境，井向各個現場無線自網絡分配優質信道，保證現場子網工作在可靠的信道上，從而保證子網通信可靠性。本發明的有益效果是本系統基於流程エ業エ藝上特點，設計了現場無線子網絡，在現場總線基礎上，形成無線現場網絡，充分發揮無線通信的功能特點，提高系統可靠性和實時性；系統通過上層網絡評估，為底層網絡動態分配信道資源，從而提高了信道質量。無線現場子網絡和信道評估的過程控制系統結合無線通信和流程エ業特點，形成了自己的體系結構。


圖I為本發明的監控系統體系的結構示意圖。圖中標號說明I、基礎無線網絡，2、現場無線網絡，3、エ控機，4、乙太網，5、網關，
6、無線接入點，7、傳感器，8、控制器，9、執行器。
具體實施例方式下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。參見圖I所示，一種基於無線現場子網絡和信道評估的流程エ業控制系統，包括基礎網絡I和現場無線網絡2兩個部分，所述基礎無線網絡I包含若干エ控機3、乙太網4、若干網關4和若干無線接入點，所述的若干エ控機3通過乙太網4與若干網關5連接構成傳統的有線網絡，所述的若干無線接入點6與所述的若干網關5連接，所述的若干網關5和所述的若干無線接入點6構成網狀網絡，以此形成所述基礎無線網絡I ;所述現場無線網絡2中包含有若干傳感器7、若干控制器8和若干執行器9 ;所述現場無線網絡2通過所述基礎無線網絡I作為骨幹網絡和接入網絡接入整個系統。所述現場無線網絡通過所述基礎無線網絡作為骨幹網絡和接入網絡接入整個系統。所述基礎無線網絡基礎網絡一方面提供網狀網，為現場無線網絡提 供全覆蓋、連通、均衡的介入網絡，同時評估エ廠信道環境，對信道資源進行分配調度。現場無線網絡包括若干無線自網絡，工作在基礎網絡分配的信道。
權利要求
1.一種基於無線現場子網絡和信道評估的流程エ業控制系統，包括基礎網絡(I)和現場無線網絡(2 )兩個部分，其特徵在幹所述基礎網絡(I)包含若干エ控機(3 )、網關(5 )和無線接入點(6)，所述的若干エ控機(3)通過乙太網(4)與若干網關(5)連接，構成傳統的有線網絡，所述乙太網網關提供無線網絡乙太網接入，所述的若干無線接入點(6)與所述的若干網關(5)連接，所述的若干網關(5)和所述的若干無線接入點(6)構成網狀網絡，以此形成所述基礎無線網絡(I);所述現場無線網絡(2 )中包含有傳感器(7 )、控制器(8 )和執行器(9);所述現場無線網絡(2)通過所述基礎無線網絡(I)作為骨幹網絡和接入網絡接入整個系統。
全文摘要
本發明在於公開了一種基於無線現場子網絡和信道評估的流程工業控制系統，包括基礎無線網絡和現場無線網絡兩個部分。其中，基礎無線網絡在傳統的無線網絡/乙太網網關基礎上，增加無線接入點。網關和無線接入點構成網狀網絡，以此形成基礎無線網絡，作為現場無線網絡的骨幹網絡和接入網絡。本發明將控制系統中無線技術形成自己的體系結構，充分發揮無線通信的功能特點，提高流程工業控制系統可靠性和實時性並提高了信道資質量。
文檔編號H04W84/18GK102821469SQ20111015087
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者許洪華, 許尤 申請人:蘇州科技學院