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第1篇 流程行业无线通信技术理论基础和基本知识1

第1章 流程行业通信技术的发展回顾3

1.1 流程行业通信技术发展历程3

1.2 无线通信的发展历程4

1.3 流程行业无线通信的特点5

1.4 流程行业无线通信的要求7

1.4.1 使用无线技术的一般条件7

1.4.2 使用无线技术的特殊条件8

第2章 流程行业无线通信技术理论基础12

2.1 电磁波谱12

2.2 波的传播12

2.2.1 自由空间传播13

2.2.2 实时传播14

2.2.3 在实际环境中的传播16

2.2.4 环境变化20

2.3 通信系统模型21

2.4 频段22

第3章 流程行业无线通信技术基本知识23

3.1 调制23

3.1.1 跳频扩频FHSS24

3.1.2 直接序列扩频DSSS24

3.2 天线26

3.2.1 全向天线26

3.2.2 定向天线28

3.2.3 天线特性28

3.2.4 天线增益29

3.3 能源供应30

3.4 信号加密32

3.4.1 WEP/WPA32

3.4.2 WPA2/AES33

3.4.3 加密的特殊操作模式35

第4章 流程行业无线通信标准36

4.1 ISM频段36

4.1.1 多路复用技术36

4.1.2 频段的分割36

4.1.3 800～900MHz37

4.1.4 2.4 GHz37

4.2 全球标准38

4.2.1 IEEE802.11 （WLAN）38

4.2.2 IEEE802.15.1 （WPAN/蓝牙）39

4.2.3 IEEE802.15.4 低速率WPAN/ZigBee）40

4.2.4 比较40

4.2.5 共存41

4.2.6 结论42

4.3 网络拓扑43

4.3.1 星形拓扑结构43

4.3.2 网状拓扑结构44

4.3.3 星形网状混合拓扑结构45

第5章 流程行业无线网络应用的分类和设备类型47

5.1 流程行业无线网络应用的分类47

5.2 工业无线网络的设备类型48

5.2.1 现场设备49

5.2.2 路由设备50

5.2.3 适配器51

5.2.4 中继器54

5.2.5 手持设备54

5.2.6 接入点55

5.2.7 网关57

5.2.8 网络管理器58

5.2.9 安全管理器58

第2篇 WirelessHART标准61

第6章 WirelessHART标准的起源和发展63

6.1 HART标准63

6.1.1 两线制变送器63

6.1.2 HART协议63

6.1.3 HART协议的特点64

6.1.4 HART协议技术规范64

6.1.5 HART协议网络模式65

6.2 WirelessHART标准的目标和技术路线65

6.2.1 WirelessHART的目标66

6.2.2 Wireless HART技术路线的选择67

6.3 WirelessHART的发展历程67

第7章 WirelessHART的系统构成69

7.1 艾默生过程管理公司流程行业无线网络系统发展历史69

7.2 无线现场设备71

7.2.1 艾默生过程管理公司的无线现场设备71

7.2.2 其他公司的无线现场设备72

7.3 适配器72

7.3.1 艾默生过程管理公司的无线适配器72

7.3.2 其他公司的无线适配器74

7.4 智能无线网关75

7.4.1 艾默生过程管理公司的智能无线网关75

7.4.2 其他公司的智能无线网关76

7.5 无线I/O卡、远程链路和接入点76

7.5.1 艾默生过程管理公司的无线I/O卡、远程链路和接入点76

7.5.2 菲尼克斯公司的WLAN接入点77

第8章 WirelessHART的特点79

8.1 先进性79

8.2 成熟性80

8.3 可靠性81

8.4 安全性83

8.5 简便性83

第9章 WirelessHART系统设计85

9.1 WirelessHART无线网络方案选择85

9.1.1 信号传送方案选择85

9.1.2 成本估算86

9.1.3 提高系统可用性的考虑86

9.2 WirelessHART无线网络现场调查87

9.2.1 定义网络操作区域88

9.2.2 操作区域其他无线网络的部署89

9.2.3 操作区域按障碍物分类91

9.3 WirelessHART无线网络设计92

9.3.1 WirelessHART监测网络设计规则93

9.3.2 WirelessHART监测网络设计规则的突破96

9.3.3 WirelessHART控制网络设计规则97

9.3.4 强化网络的措施98

9.4 WirelessHART无线网络设计计算101

9.4.1 概述101

9.4.2 无线现场设备的刷新率选择102

9.4.3 WirelessHART无线现场设备台数统计102

9.4.4 无线网关数量的计算103

9.5 WirelessHART无线现场网络集成107

9.5.1 概述107

9.5.2 通过以太网集成108

9.5.3 通过RS485总线（串行）集成109

9.5.4 通过DeltaV控制系统的本地节点集成110

9.5.5 通过无线现场数据回传集成111

9.6 工程图纸设计114

9.6.1 总体说明114

9.6.2 艾默生过程管理公司的图形符号114

9.6.3 倍加福公司的图形符号115

9.6.4 E+H公司的图形符号115

第10章 WirelessHART无线网络的现场安装118

10.1 概述118

10.2 安装网关118

10.3 安装无线现场设备122

10.3.1 无线现场变送器的安装122

10.3.2 适配器的安装123

10.3.3 中继器的安装125

10.4 天线安装的相对位置126

10.5 分步实施的现场安装127

第11章 WirelessHART无线网络的现场调试及投运128

11.1 现场调试及投运步骤128

11.1.1 网关128

11.1.2 WirelessHART无线现场设备128

11.1.3 WirelessHART设备的调试投运129

11.1.4 将仪表加入网络130

11.1.5 应用集成131

11.2 AMS无线SNAP-ON应用软件131

11.2.1 使用方法131

11.2.2 功能131

11.3 现场设置及投运133

11.3.1 无线系统内部连接133

11.3.2 无线网关组态配置134

11.3.3 无线现场仪表组态配置134

11.3.4 无线系统与有线控制系统的集成135

第12章 WirelessHART无线网络的应用137

12.1 江西卡博特蓝星化工公司138

12.2 中石油塔西南化肥厂139

12.3 中海油友谊号平台输油船139

12.4 华能上海石洞口第一电厂140

12.5 电科院电厂性能测试141

12.6 云南驰宏锌锗公司会泽冶炼厂142

12.7 南海北部湾海上石油平台144

12.8 英国Croda公司145

12.9 哥伦比亚Pacific Rubiales石油公司146

12.10 川西北气矿梓潼采气作业区148

第3篇 ISA100.11 a标准151

第13章 ISA100.11 a标准的起源和发展153

13.1 ISA简介153

13.2 ISA100筒介154

13.3 ISA100.11 a简介155

13.4 ISA100.11 a工作组155

13.5 ISA100.11 a标准概要157

13.5.1 ISA100.11 a的目标157

13.5.2 ISA100.11 a的关键技术157

13.5.3 ISA100.11 a无线网络架构的主要组件158

13.5.4 ISA100.11 a产品159

第14章 OneWireless的系统构成160

14.1 霍尼韦尔流程行业无线网络系统发展历史160

14.2 OneWireless无线网络设备161

14.2.1 无线现场设备161

14.2.2 适配器162

14.2.3 无线手持设备163

14.2.4 OneWireless无线主干网络设备164

14.2.5 大型多功能网络要求的辅助组件168

14.3 各种类型ISA100.11 a无线现场设备网络规划169

14.3.1 小型ISA100.11 a无线现场设备网络规划169

14.3.2 中型ISA100.11 a无线现场设备网络规划170

14.3.3 中型ISA100.11 a和IEEE802.11 a/b/g网络规划170

14.3.4 OneWireless网络连接到工厂控制网络规划172

14.3.5 带Cisco节点的ISA100.11 a无线现场设备网络规划172

第15章 OneWireless工业无线网络的特点175

15.1 一个无线网络架构支持整个工厂的应用175

15.1.1 无线变送器175

15.1.2 无线视频176

15.1.3 移动工作站177

15.1.4 无线巡检178

15.1.5 振动监测178

15.1.6 人员设备即时定位179

15.1.7 就地显示仪表的读数传送180

15.1.8 HART设备无线数据采集180

15.1.9 其他以太网设备的无线转接181

15.2 一个无线管理平台支持多种通信协议181

15.3 与控制系统完全一体化的数据集成182

15.4 无线变送器电池寿命长183

15.5 无线变送器可选择快速刷新率及无线网络通信时间滞后非常短184

15.6 通信距离较长184

第16章 OneWireless系统设计185

16.1 OneWireless无线网络方案选择185

16.2 OneWireless无线网络的组件及其选择185

16.3 OneWireless无线网络现场调查188

16.3.1 现场调查的目的188

16.3.2 现场调查的内容188

16.4 OneWireless无线网络设计193

16.4.1 OneWireless无线网络拓扑193

16.4.2 OneWireless Mesh网络的配置194

16.4.3 Mesh跳限制196

16.4.4 OneWireless网络的子网或域197

16.4.5 OneWireless通信197

16.4.6 交换机198

16.4.7 无线防火墙配置198

16.4.8 NTP设置的类型199

16.4.9 接入点覆盖区域199

16.4.10 无线节点的最大通信距离199

16.5 OneWireless无线网络规模199

第17章 OneWireless无线网络的现场安装200

17.1 概述200

17.2 安装多功能节点及接入设备201

17.2.1 赋予网关功能的多功能节点及接入设备201

17.2.2 不作为网关的多功能节点及接入设备201

17.3 安装无线现场设备204

17.3.1 连接电池204

17.3.2 选点并安装设备204

17.3.3 安装天线205

第18章 OneWireless无线网络的现场测试及投运207

18.1 现场测试207

18.1.1 炼油厂罐区概况207

18.1.2 现场测试数据207

18.2 贵州盘县电厂无线网络运行及测试210

18.2.1 测试现场概况211

18.2.2 现场安装、投运及测试程序212

18.2.3 测试结论213

18.3 OneWireless无线网络的投运213

第19章 OneWireless无线网络的应用215

19.1 中石化镇海炼化8公里乙烯运输管线215

19.2 中石油西固油库216

19.3 华东电力试验研究院218

19.4 中石油大连石化218

19.5 中联煤层气山西沁县气田219

19.6 申能上海临港燃气电厂221

19.7 中石化武汉800kt/a乙烯罐区222

19.7.1 无线仪表系统概况222

19.7.2 无线解决方案222

19.7.3 无线仪表系统的工程实施224

19.7.4 应用效果225

19.8 美国加州威明顿Valero Energy炼油厂225

第20章 横河电机的ISA100.11 a无线网络系统227

20.1 概述227

20.2 系统构成227

20.2.1 无线现场设备227

20.2.2 适配器228

20.2.3 无线现场网络设备229

20.3 系统设计233

20.3.1 横河无线系统方案233

20.3.2 横河无线系统与主机系统的集成238

20.3.3 现场调查244

20.4 现场安装247

20.4.1 安装无线现场设备247

20.4.2 安装YFGW710现场无线一体型网关249

20.4.3 安装YFGW510无线接入点249

20.5 现场调试和投运250

20.5.1 启动现场无线系统250

20.5.2 显示器监控画面及操作251

20.5.3 无线通信质量的评价指标及具体应用255

20.6 横河电机ISA100.11 a无线网络的应用260

20.6.1 造纸厂260

20.6.2 回转窑温度测量260

20.6.3 化工厂罐区温度监控261

20.6.4 采盐卤水提取井流量监控262

第4篇 WIA-PA标准263

第21章 WIA -PA标准概述265

21.1 WIA-PA标准的起源和发展265

21.1.1 中国工业无线联盟265

21.1.2 WIA-PA的目标265

21.1.3 WIA-PA网络技术规范265

21.2 WIA-PA的系统构成266

21.2.1 现场无线设备267

21.2.2 适配器270

21.2.3 智能无线网关270

21.3 WIA-PA网络的特点273

21.3.1 支持多种拓扑结构273

21.3.2 采用集中式与分布式结合的系统管理方式274

21.3.3 支持报文的聚合和解聚275

21.3.4 通信可靠275

21.3.5 超低功率276

21.3.6 兼容无线HART标准和多种协议276

21.3.7 价格优势277

第22章 WIA-PA系统设计及现场调试和投运278

22.1 WIA-PA系统设计278

22.1.1 单台WIA-PA无线网关连接的无线现场设备台数278

22.1.2 多台WIA-PA无线网关的应用279

22.1.3 无线HART适配器的天线选型279

22.1.4 多跳信号传输的最大跳数280

22.2 WIA-PA现场调试和投运280

22.2.1 无线现场设备安装位置选择280

22.2.2 WIA-PA网络管理软件280

22.2.3 力达宁化工公司的现场投运282

22.2.4 抚顺石化热电厂的现场投运283

22.2.5 新疆油田公司采油二厂的现场投运285

第23章 WIA-PA的开发解决方案和应用287

23.1 WIA-PA的开发解决方案287

23.1.1 自行开发全套无线产品287

23.1.2 通过通用接口与无线模块集成287

23.1.3 OEM定制开发288

23.2 WIA-PA的应用289

23.2.1 鞍钢冷轧厂连续退火生产线289

23.2.2 中石油抚顺石化热电厂290

23.2.3 江苏灌云力达宁化工公司291

23.2.4 大港油田沧州第三采油厂292

23.2.5 太阳能光伏发电站293

23.2.6 印尼望加锡临海罐区294

第5篇 流程行业无线通信技术展望297

第24章 流程行业无线通信技术热点分析299

24.1 网络299

24.2 路由300

24.3 刷新率301

24.4 电池寿命301

24.5 传输距离302

24.6 变送器种类302

24.7 安全303

24.8 PID控制304

24.9 费用305

24.10 流程行业无线技术选型思路307

第25章 其他无线技术的应用309

25.1 ZigBee技术309

25.1.1 ZigBee概述309

25.1.2 ZigBee特点310

25.1.3 ZigBee应用311

25.2 Trusted Wireless技术312

25.2.1 任务312

25.2.2 无线通信312

25.2.3 数据传输313

25.2.4 结构314

25.2.5 建立连接315

25.2.6 安全316

25.2.7 工业应用装置316

25.2.8 现场应用316

25.3 EPA无线技术317

25.3.1 EPA标准317

25.3.2 EPA技术网络拓扑结构318

25.3.3 EPA无线技术设备类型和网络类型319

第26章 流程行业无线通信技术展望320

26.1 扩大应用范围320

26.2 扩展到控制领域321

26.3 多种通信技术标准的融合321

26.4 系统架构的创新324

26.5 引入新的频段325

26.6 引入无线行业领军厂家的技术和产品325

26.7 建立各种流程行业无线通信标准测试实验室326

26.8 WIA-PA的前景广阔326

附录 名词解释328

参考文献337