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FHSS 24
3.1.2 直接序列扩频DSSS 24
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/WPA 32
3.4.2 WPA2/AES 33
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
4.1.3 800～900MHz 37
4.1.4 2.4 GHz 37
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