横河电机多年以来一直致力于无线仪表及其网络的研发，近年在该领域取得了长足的进步，开发出独特的技术，为无线仪表的推广和使用做出了自己的贡献。本文从横河电机第二代无线仪表的特点出发，概述了横河电机第二代无线网络和无线仪表的几项独特的技术以及无线仪表网络和DCS控制系统的连接方法。

横河电机于2010年7月发布了世界上第一个符合ISA100.11a标准的系统设备和变送器后， 2012年横河电机又发布第二代无线系统网络硬件设备及其管理软件，并且对已有的无线压力和温度变送器的相关功能进行增强，包括延长电池寿命以及商用可更换电池设计，新发布的无线系统设备和增强型仪表依然支持ISA100.11a标准，无线仪表网络采用了更可靠，更灵活并且可扩展的双重化网络，并与各种有线通信标准兼容（如基金会现场总线，HART，PROFIBUS等）。同时采用了独特的全方位的Duocast冗余强制通信技术，使无线技术用于控制成为可能，并且可用于构建高可靠的大型工厂网络。

第二代无线系统设备的特点

网络结构灵活传输效率高

无线管理站和无线接入点分体式设计，中间可用光缆连接，易于扩展，适合于大范围的现场应用。无线网络系统支持星型和Mesh网络连接，最多4个Hops，最远可视距离达2000m，可选6/9/15dBi高增益天线，使复杂环境下的数据包错误率（PER）降到最低（从已经做过十余次的各类不同现场环境的测试中，PER几乎为0）。这样，使用无线系统可以永久或临时将无线仪表安装在那些布线不方便或不经济的各种位置上，甚至可以取代现有的有线仪表在工厂的关键装置中使用。

全数字互动无线网络

现场无线通信是互动全数字网络通信，数字通信可以提供过程数据之外的许多之前未被挖掘的诊断信息，包括无线网络状况信息，设备状态监视，状态诊断监视以及对设备参数动态调整等。无线仪表通信速率相比基金会现场总线更高，速度更快，而且不需要布线。这样在更短的时间内可以传输更多更重要的现场仪表信息。

使用兼容的无线通信协议

横河无线解决方案基于开放的工业无线通信国际标准：ISA100.11a，该协议由美国仪器仪表协会下属的工业无线委员会制定。横河无线解决方案兼容ISA100.11a的第三方的无线仪表。无线通信协议的数据链路层符合IEEE 802.15.4及其他类似的工业无线通信标准。物理层协议采用2.4GHz的世界公用频段（ISM 24000~24835GHz），使很多厂商的仪表通过无线网络接入横河控制系统成为可能，可供用户选择的仪表厂商范围更加广泛。

安全可靠

无线网络采用跳频技术提高无线通信的抗干扰能力，无需重新组态或人工介入，设备可以自动跳频；在数据链路层和传输层都采用了AES-128位算法对数据包进行加密，确保通信数据的安全；采用授权通信，现场设备只有从无线管理平台获得合法的授权密钥才能加入无线网络，确保现场无线网络的安全。

此外，系统冗余技术进一步增强了可靠性。在横河独有的Duocast技术中，一个现场设备与两个指定的接入点一起强制进行同步无线通信，所以即使其中一个点出现问题，也能不间断地继续保持通信，避免了由于无线网络自主修正路径造成的通信延迟。同时网络设备自动生成一个冗余通信故障的状态报警，通知维护人员进行维护。

而在与上位DCS和设备管理站通信时，除了通过冗余的相对DCS的Modbus/TCP子系统通信外，开发了可选备份通道与系统实时通信，无线通信系统的数据可靠性得到了进一步增强。

新一代无线仪表网络相关设备及软件

网络硬件设备

目前发布的网络硬件设备包括现场无线管理站（YFGW410），现场无线接入点（YFGW510）。

现场无线管理站YFGW410安装在机柜间，是连接现场无线设备及主机系统网关，并可对现场无线网络进行设置和监视管理，YFGW410与现场无线仪表的通信遵循IEEE802.15.4协议，同时支持标准的通信协议，如Modbus TCP/IP、Modbus RS485等，支持以太网通信协议与DCS系统集成，无缝接入DCS系统。

YFGW410支持冗余配置，最多可连接500台现场无线仪表。

无线网络接入点YFGW510安装在现场，与无线网络管理站YFGW410形成无线骨干网络；YFGW510具有尺寸小、重量轻，无火花设计的特点，可应用于1区防爆，可以安装在现场安装比较方便的位置。通过安装多个YFGW510现场无线接入点可形成多个无线子网，从而可构成一个大规模无线网络。

YFGW510与YFGW410之间可通过以太网、光纤以太网或无线WIFI相连接；新一代横河无线系统支持Duocast技术，冗余的两台YFGW510其中任何一台故障时都不会对无线网络产生任何影响；YFGW410最多可接20台YFGW510，而单台YFGW510最多可接100台无线仪表。YFGW510采用无火花设计，电器接口内置防雷栅，可选天线长度长达10m，天线长度大于3m时附带天线防雷。

网络软件

新一代无线网络管理平台包括专用的无线网络管理配置工具以及无线仪表管理工具。

无线网络管理配置工具对整个无线网络进行通信管理、安全管理和设备管理，能够方便用户监视和优化无线网络的布置。

无线网络管理工具则能实时显示当前网络拓扑结构和无线网络状态、无线仪表的通信健康信息、过程参数、电池电量、数据丢包率等信息；无线网络配置工具支持图形化拖拉方式实现对无线仪表、无线网络接入点的三维布置，可设置各无线仪表的刷新频率和通信路径，配置无线网络拓扑结构，支持对无线仪表的远程在线组态或维护。

无线仪表管理工具主要用于管理现场无线仪表。管理工具安装在一台PC或笔记本中，管理工具配套一个USB接口的红外适配器，采用不同于ISA100.11a无线协议的通信方式与无线仪表进行通信，在无线仪表与无线网络接入点之间的通信发生故障时，系统无法读取现场无线仪表的数据，采用另一种通信协议对无线仪表进行诊断及维护，可以方便地找出问题所在，保证了无线仪表的使用安全。

第二代无线仪表的增强电池技术

无线仪表所使用的电池寿命一直是用户是否采用无线仪表的一个重要因素，各大厂商也在积极研发各项技术以提高电池的使用寿命以及降低用户使用成本。这两项技术如今已经有了突破。

无线仪表电池寿命

横河第二代无线仪表修改了部分仪表内部电路，采用了低能耗芯片以及独特的低能耗技术，使无线仪表在电池容量不变的前提下，使用寿命相比第一代提升1.5倍。现在，对于压力变送器XJX-B来说，1s采样周期情况下电池可持续工作18个月以上，10s采样周期的话则长达4年，而对于温度变送器YTA510，这样的采样周期情况下电池可持续工作45个月和10年以上。

无线仪表的商用可更换电池设计

不同于其他无线仪表供应商的专用锂电池设计，横河公司的所有无线仪表采用可更换商用电池，电池内芯采用通用大容量PLC用锂电池。横河公司设计了专用电池盒，可以危险区在线更换变送器电池盒。从而极大程度降低了用户使用成本。

无线仪表网络系统与DCS的连接

现场无线系统和DCS的连接是在Centum VP的操作监视画面上显示现场仪表的测量数据和报警信息，而无线仪表的管理则通过在线设备管理系统PRM实现。

现场无线网络连接到Centum VP控制器的连接采用全方位的冗余结构：现场无线仪表采用Duocast技术（即同时与两个无线网络接入点YFGW510保持强制通信）连接，而YFGW510则通过冗余光缆与两个无线网络管理器YFGW410进行冗余通信，YFGW410通过冗余Modbus/TCP接口与DCS控制器进行冗余通信，无论在哪个层面上都构成了真正的双重化结构，确保了整个系统的高可靠性和可用性。这种结构为采用无线仪表最终作为控制奠定了基础。

此外，为了使DCS设备管理器PRM在系统控制器繁忙的情况下及时监视无线仪表状态，横河公司提供了无线仪表网络单独连接到DCS设备管理器的路径。无线网络管理器YFGW410提供了第二条有线以太网连接到DCS设备管理器进而数据可以通过DCS设备管理器发布给DCS操作站。无线仪表的状态，过程数据和诊断信息可以不通过DCS控制器直接经由以太网传输到控制系统中。

结束语

上述一系列新技术的应用使横河电机的无线仪表技术相比前一代产品性能上有了极大的提升，技术水平踏上了一个新的台阶，无线仪表或将成为未来工厂自动化的主流产品，工厂的全数字化时代即将到来。