方原柏：WirelessHART无线网关容量的估算-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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发表于：2016-10-13 09:32:54

楼主

　　摘要：无线网关的容量取决于网关型号、所连接的无线现场设备的类型及所选择的刷新率，实际允许连接的无线现场设备的数量相差非常大。以往WirelessHART产品技术资料提供的一台网关可连接100台智能无线设备只是泛泛而谈，不准确。而采用艾默生过程管理公司提供的智能无线网关容量估算器可以方便地根据现场无线设备的类型、刷新率要求等数据计算网关负载率及网关的余量，从而指导无线网关数量的选择和智能无线设备刷新率的确定。

　　1 概述

　　两年前，我在本刊2013年10月号发表了“WirelessHART无线网络网关数量计算”一文，在“网关最大容量计算”一节中我写了这样一段话：“现有资料指出，网关容量取决于所连接WirelessHART无线现场设备的刷新率，但有的资料按在网络中使用的最大刷新率（这个词组有点词不达意，准确地说，应该是最快刷新率）估算网关的容量，有的资料则按在网络中使用的平均刷新率计算网关的容量。”然后我就介绍了按两种说法如何计算作了进一步说明。

　　根据艾默生过程管理公司的2014年最新资料“Emerson’s Smart Wireless Gateway Capacity Estimator”（艾默生智能无线网关容量估算器），应该说是否定了“按在网络中使用的最快刷新率估算网关的容量”的说法，但与我当时介绍的第二种“平均刷新率计算网关的容量”方法又有所不同。所以本文将详细介绍这一种新的计算方法。

　　2 智能无线网关容量估算器

　　在爱默生过程管理公司的网站（<http://www2.emersonprocess.com/en-US/plantweb/> WirelessHomePageFlash.aspx-Internet Explorer）上，可以找到“Emerson’s Smart Wireless Gateway Capacity Estimator”文件（见图1）。

图片1.png

　　图1 智能无线网关容量估算器

　　图1中，最上面一行是标题“爱默生智能无线网关容量估算器”，随后以罗马数字分为4部分，第Ⅰ部分是网关类型选择和网关操作系统版本号，第Ⅱ部分是输入爱默生智能无线设备和THUM适配器的数量，第Ⅲ部分是网关容量的余量，第Ⅳ部分是智能无线网关近似容量或余量的百分比数据。

　　用户按要求首先选择网关类型和网关操作系统版本号，然后分别统计各类爱默生智能无线设备和THUM适配器的数量并输入第Ⅱ部分的表格中，即可在第Ⅲ部分看到网关容量的余量数据，在第Ⅳ部分看到智能无线网关近似容量或余量的百分比数据。以下分别介绍网关类型和网关操作系统版本号选择、各类智能无线设备/THUM适配器数量的统计和刷新率的统计、数据输入及计算结果显示。

　　3 网关类型和网关操作系统版本号选择

　　3.1 网关类型选择

　　点击第Ⅰ部分中方框内的打勾符号（√），弹出4个网关类型的符号：1410、1420、1552WU、Delta V WIOC。这就告诉我们，目前爱默生过程管理公司的WirelessHART智能无线网络的网关设备目前只有这4种类型的网关（见图2）。

图片2.png

　　图2 爱默生过程管理公司的智能无线网关

　　a-1420无线网关；b-1410无线网关；c-1552WU无线网关；

　　d- Delta V WIOC无线I/O卡和781远程链路

　　1420是一直沿用下来的网关，也是中国用户最熟悉的网关，资料上介绍的网关容量笼统说法是可连接100台无线现场设备。

　　1410是一种紧凑型无线网关，它是为了小型WirelessHART网络和安装空间小的需求推出的，网关容量资料上介绍的笼统说法是可连接25台无线现场设备。

　　1552WU是思科公司生产的一种接入点设备，接入点又分为网格接入点（Mesh Access Point，MAP）和根接入点（Root Access Point，RAP），网格接入点是Mesh网络的远程接入点，它作为WirelessHART无线现场网络和Wi-Fi网络的接入点，而根接入点具有到有线网络或服务器的光纤、有线以太网或电缆连接器连接，作为到有线网络的“根”或“网关”，根接入点具备网关功能，资料上介绍的网关容量笼统说法是可连接100台无线现场设备。

　　Delta V WIOC是在爱默生过程管理公司的DCS系统Delta V S系列中的一种I/O产品，为WirelessHART无线现场网络无缝融入DCS提供服务，它是由无线I/O卡（Wireless I/O Card，WIOC）和781远程链路（Wireless Field Link）组合成。这种新的结构将现有的1420智能无线网关的功能分为两个部件：无线I/O卡和781远程链路，无线I/O卡有2个Ethernet I/O口实现与控制系统DeltaV局域网的有线连接，而781远程链路实现与WirelessHART现场无线网络连接，这两者之间采用2对导线的有线连接，最远距离达到200m。其中一对导线为无线I/O卡提供的电源线，另一对导线为781远程链路的通信线，资料上介绍的网关容量笼统说法是可连接100台无线现场设备。

　　当在网关类型选项中进行选择时，1420、1552WU、Delta V WIOC这3项的最大容量的显示均为100，这可以在第Ⅱ部分的表格不输入数据时，在第Ⅲ部分输入16s刷新率数据时，可看到网关余量对三类设备（仅有输入的智能无线设备、带输出的智能无线设备、适配器）的显示值均为100，这里显示的不是各100台，而是指其他2类不选时，该类的最大容量。当在第Ⅲ部分输入更快的刷新率数据时，可以得到的最大容量迅速减少，如4s刷新率、1s刷新率输入后，对仅有输入的智能无线设备分别为12台和25台，对带输出的智能无线设备分别为6台和12台。由此可见，一台无线网关所能连接的高速刷新率无线设备是很少的。

　　如果网关类型选项为1410，同样的输入方式得到的结果是25。

　　3.2 网关操作系统版本号选择

　　网关操作系统版本号共有以下9个版本：3.7.1、3.7.2、3.8.9、3.9.5、3.9.8、4.2.9、4.3.17、4.3.19、4.4，作者尝试以不同版本号输入，得出的结论是：在3.7.2及之前的版本号不提供4s及更快的刷新率，在3.9.8及之前的版本号不提供2s及更快的刷新率，从4.2.9及之后的版本号可提供图1所示的所有刷新率。

　　4 各类无线设备数量和刷新率的统计

　　4.1 各类无线设备数量统计

　　第Ⅱ部分将爱默生智能无线设备分为三类：

　　仅有输入的爱默生智能无线设备，包括以下型号设备：8246、648、848T无线温度变送器，708无线声感变送器，3051S压力、差压变送器，2160无线振动音叉变送器，6081无线pH、电导率变送器。

　　带输出的爱默生智能无线设备，包括以下型号设备：702无线开关量变送器，4310、4320无线阀门位置变送器，9420无线振动机械健康状态变送器。

　　THUM775适配器。

　　需要注意的是，设备应是艾默生过程管理公司的设备，正规计算时不应加入第三方生产的WirelessHART无线设备。但如果对计算的准确性要求不高或者系统余量较大，按对应设备类别加入少量的第三方生产的WirelessHART无线设备进行计算，应该也是容许的。

　　4.2 刷新率统计

　　第Ⅱ部分的另一项统计工作是刷新率统计，可按上述三类设备分别统计，但须注意的是，虽然刷新率是从1s开始，但并不是所有的设备可以被组态为1s、2s和4s刷新率。如在表格中，THUM775适配器就无法输入1s、2s和4s刷新率。而在前两类智能无线设备中，如9420无线振动机械健康状态变送器的刷新率为1～60min，2160无线振动音叉变送器及4320无线阀门位置变送器的刷新率为4s~60min。

　　4.3 计算当量值

　　作者在网上尝试以“1”分别输入到不同无线设备类型和刷新率表格中相应位置并在第Ⅳ部分查看到智能无线网关负载率（%）的显示结果，发现这种尝试得到的结果是“智能无线网关容量估算器”计算模型的基础数据，我给这些数据起了一个名字，称之为“计算当量值”（见表1）。因为当您输入数字不是“1”时，表格相应位置相似的结果等于您输入的数字与计算当量值的乘积，例如在“仅有输入的智能无线设备”的刷新率1s处输入数字“2”时，在第Ⅳ部分查看到智能无线网关负载率（%）的显示结果是“16.67”（8.33×2=16.67）。如果您的实际网络有多种设备类型和多种刷新率，那么得到的是多种设备类型和多种刷新率计算数据的总和。

　　表1 智能无线设备的计算当量值（%）

QQ截图20161013090937.png

　　附注：×——不允许选

　　5 数据输入及计算结果显示

　　当在第Ⅰ部分输入网关类型、网关操作系统版本号和第Ⅱ部分输入分类无线设备的刷新率统计数据后，即可在第Ⅲ部分显示出网关余量，在第Ⅳ部分显示网关的负载率和余量的百分比。在第Ⅲ部分显示网关余量时，还可输入不同的刷新率，从而得到不同的余量。作者尝试以假想的不同设备类型和多种刷新率的数据输入，然后查看结果显示，如果需要打印输出，则可点击图1右下方的Print打印键，打印内容包括计算条件和显示的结果。以下举出2个计算例。

　　5.1 计算例1

　　选择1420无线网关及4.4版本号，输入不同设备类型和多种刷新率的数据后，在第Ⅲ部分余量的刷新率选择16s，结果显示见图3。图3右边圆饼右方显示的46%为网关的负载率，这一负载率较为合适，还有一半的余量，以后网络里还可增添一部分智能无线设备而不必增加网关。而在图3左下方余量显示中，作者输入的刷新率为16s，对三类设备（仅有输入的智能无线设备、带输出的智能无线设备、适配器）的显示值均为54，这里显示的不是各54台，而是指其他2类不选时，该类的最大数量。

图片3.png

　　图3 无线网关容量计算例1

　　5.2 计算例2

　　选择1420无线网关及4.4版本号，如果仅有输入的智能无线设备为16台，带输出的智能无线设备为6台，刷新率都选2s，输入后结果显示“网关容量超过12%”。计算表明，虽然智能无线设备的总数只有22台，但因刷新率太快，且有部分设备属带输出的智能无线设备，在快刷新率时其计算当量值高，所以超过了网关容量，当把6台带输出的智能无线设备的刷新率都选为8s时，显示的网关的负载率为76%，还有1/4的余量，网关运行没有问题，只是余量不是太多。

　　6 结束语

　　以往WirelessHART产品技术资料提供的“一台网关可连接100台智能无线设备”说法只是泛泛而谈，不够准确。而采用艾默生过程管理公司提供的智能无线网关容量估算器可以方便地根据现场无线设备的类型、刷新率要求等数据计算网关负载率及网关的余量，从而指导无线网关数量的选择和智能无线设备刷新率的确定。

　　参考文献：

　　[1] 方原柏WirelessHART无线网络网关数量计算[J].仪表世界，2013（10）：50-52.

　　[2] 艾默生过程管理. Emerson’s smart wireless gateway capacity estimator.Revision 2.0，[EB/OL].<http://www2.emersonprocess.com/en-US/plantweb/WirelessHomePageFlash.aspx> -Internet Explorer.2014.

　　[3] 艾默生过程管理. Emerson smart wireless navigator ,Reference manual,0809-0100-4423, Rev AB [EB/OL]. http://www3.emersonprocess.co...2014.5.

　　[4] 艾默生过程管理. Wireless I/O Card，DeltaV Product Data Sheet ctober .[EB/OL].http: // www.EmersonProcess.com/DeltaV...2014.10

　　[5] 艾默生过程管理. Smart Wireless Gateway 1552WU，Product Data Sheet.[EB/OL].http: // www.EmersonProcess.com/ SmartWireless…2015.6.

　　[6] 艾默生过程管理. Emerson Smart Wireless Gateway Solutions，Product Data Sheet，00813-0300-4410, Rev AB.[EB/OL].http: // www.EmersonProcess.com/ SmartWireless…2014.8.

　　[7] 艾默生过程管理. Emerson Smart Wireless Gateway 1410，Reference Manual，00809-0200-4410，Rev BB.[EB/OL].http: // www.EmersonProcess.com/ SmartWireless…2015.1.

　　[8] WirelessHART. IEC62591 WirelessHART System Engineering Guide. Revision 3.0[EB/OL]. http://www3.emersonprocess.co...2014.05.

　　[9] 方原柏.流程行业无线通信技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2015.

　　作者简介：方原柏，1942年生，男，湖北黄冈人，昆明有色冶金设计研究院教授级高级工程师，昆明仪器仪表学会理事长，冶金自动化、衡器、仪器仪表用户、自动化与仪器仪表、自动化信息等杂志编委，中国衡器协会技术专家委员会顾问。发表论文280余篇，出版“电子皮带秤的原理及应用”（1994年冶金工业出版社）、“电子皮带秤”（2007年冶金工业出版社）、“流程行业无线通信技术及应用”（2015年化学工业出版社）、“有色金属生产过程自动化”（2015年人民邮电出版社）四本专著。

　　电话：0871-63168424 13078787502

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　　邮箱：Fangyb42@sina.com

　　作者：方原柏

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