無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景內(nèi)容提要為什么無線通信在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用特別受到重視？ISASP100—自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的分類

WLAN

無線短程網(wǎng)WPAN

現(xiàn)場設(shè)備層無線通信已進(jìn)入工控領(lǐng)域

ABB進(jìn)行的現(xiàn)場設(shè)備層無線通信實驗 BP進(jìn)行的現(xiàn)場設(shè)備層無線通信實驗

HART基金會正在積極開發(fā)無線HART協(xié)議結(jié)束語無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景為什么現(xiàn)在無線通信

在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用

特別受到重視？無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景為什么無線通信在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用

特別受到重視？工業(yè)發(fā)達(dá)國家和新興崛起國家為提高其產(chǎn)品在全球市場的競爭力，都力求在提高生產(chǎn)率的同時，降低包括能源消耗、原材料消耗和勞務(wù)成本。對于發(fā)達(dá)國家來講，其勞務(wù)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新興崛起國家，因此特別重視促進(jìn)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，采用新的技術(shù)手段。在這場競爭日益激烈的比賽中，無線通信技術(shù)在工業(yè)中的推廣應(yīng)用受到了特殊的重視，顯然是基于這樣的大背景。在工業(yè)環(huán)境下任何地點均能安裝使用的智能無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)，具有足夠的可靠性和自治處理能力，將為各種生產(chǎn)裝置配備實時共享的數(shù)據(jù)采集能力，從而為提高生產(chǎn)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本發(fā)揮重要作用。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景Invensys的無線工業(yè)應(yīng)用策略室內(nèi)室外專用無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率功耗成本/復(fù)雜度無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景歐洲無線工控應(yīng)用項目RUNES

的開發(fā)路線圖無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景歐洲無線工控應(yīng)用項目RUNES

的開發(fā)路線圖在歐洲，從2004年10月至2005年4月，集中了25個組織（大小公司和研究所）制定了一個名為RUNES、在未來10年內(nèi)無線技術(shù)在工業(yè)控制和自動化發(fā)展應(yīng)用的路線圖。背景：及時而牢固地抓住無線網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)系統(tǒng)安裝和運行的高度靈活性和成本優(yōu)勢創(chuàng)造的機(jī)會。目標(biāo)：到2008年將安裝成本降低50%，運行成本降低30%；到2014年將安裝成本降低80%，運行成本降低50%。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景歐洲無線工控應(yīng)用項目RUNES

的開發(fā)路線圖發(fā)展無線應(yīng)用必須考慮的原則：在工業(yè)控制和自動化中盡可能利用無線通信是必然的選擇無線通信應(yīng)與傳統(tǒng)有線通信系統(tǒng)有互操作性開發(fā)可重復(fù)配置（reconfigurable）的設(shè)備盡可能地從環(huán)境中取得電源（如用太陽能電池）盡可能采用開放的頻段（如世界通用的ISM頻段）無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景工業(yè)環(huán)境下利用無線傳輸?shù)膬?yōu)勢無線傳輸?shù)膬?yōu)勢表現(xiàn)在：極大降低安裝成本、持續(xù)降低運行維護(hù)成本，更換方便，便于升級，減少接插件故障，移動自由且不受限制，投運快速，可以實際利用MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)。美國能源部的研究估計，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)會為工業(yè)現(xiàn)場節(jié)能10%和降低排放或泄漏15%提供良好手段。應(yīng)充分利用無線通信，開發(fā)適當(dāng)無線產(chǎn)品和系統(tǒng)，為實現(xiàn)我國“十一五”規(guī)劃的節(jié)能降耗目標(biāo)建功立業(yè)。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線通信網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)應(yīng)用正在發(fā)展無線的工業(yè)應(yīng)用當(dāng)前出現(xiàn)的新動態(tài)是使用高速、無須申請頻率許可證、低價的技術(shù)。無線通信距離與具體應(yīng)用（工廠自動化、過程自動化和SCADA系統(tǒng)）強(qiáng)烈相關(guān)，一般大致在150毫米至80公里。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景當(dāng)前影響無線系統(tǒng)

廣泛應(yīng)用的主要障礙當(dāng)前影響無線系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的主要障礙是：如何克服工業(yè)環(huán)境對無線傳輸?shù)挠绊懞蜔o線技術(shù)目前發(fā)展的狀態(tài)尚難以滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。工業(yè)環(huán)境對無線通信的挑戰(zhàn)有：

工作環(huán)境溫度由-40C—+70C；

高濕度（當(dāng)溫度為40C濕度95%時不結(jié)露）；

本質(zhì)安全防爆要求；

固定設(shè)備和移動設(shè)備對無線傳輸路徑的影響（衰變、中斷和發(fā)生各種各樣的缺陷，諸如頻散、多徑時延、干擾、與頻率有關(guān)的衰減，節(jié)點休眠、節(jié)點隱蔽和與安全有關(guān)的問題）。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ISASP100—

自動化和控制環(huán)境下

實現(xiàn)無線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ISASP100—自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)美國儀表系統(tǒng)和自動化學(xué)會的ISASP100標(biāo)準(zhǔn)委員會正在加緊制定自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，推薦實踐指南、技術(shù)報告和相關(guān)的信息。著重在三方面制定標(biāo)準(zhǔn)：運用無線技術(shù)的環(huán)境，無線通信設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)的生命周期，無線技術(shù)的應(yīng)用。主要面向現(xiàn)場儀表和設(shè)備。在SP100標(biāo)委會下設(shè)五個主要的分標(biāo)委會：

射頻物理學(xué)基礎(chǔ)

可互操作性

用戶要求

用戶指南

集成無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景制定SP100的標(biāo)準(zhǔn)化方法論SP100在制定標(biāo)準(zhǔn)前提出標(biāo)準(zhǔn)化方法論：

環(huán)境評估—射頻、光照影響

應(yīng)用評估—傳輸時間、傳輸容量

可選項評估—技術(shù)、產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)

無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署的評估—初始穩(wěn)定性、部 署方便

性能評估—針對用戶要求

維護(hù)—工具、成本、升級無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景符合SP100標(biāo)準(zhǔn)保證各方受益符合SP100將保證：

供應(yīng)商的規(guī)范的一致性，并易于解釋

用戶要求簡明扼要、貼近，并易于解釋

可選項清晰而易于鑒別

對于要克服的問題所提供的可選項是可以進(jìn)行定量估算無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景面向成功的SP100SP100力求在現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，能在一個較短的時間內(nèi)取得符合要求的結(jié)果。

SP100盡可能應(yīng)用下列標(biāo)準(zhǔn)并有所提高：

ISASP99—信息安全

IEEE1451—智能傳感器

FIPS140-2—信息安全

ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)可連接的7層模型

SP100力爭促進(jìn)

新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點合理部署

從業(yè)人員和公司相互間的交流無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景SP100規(guī)定的五類應(yīng)用（1）安全

0類：緊急動作（恒為關(guān)鍵）信息時間性的重要程度控制

1類：閉環(huán)調(diào)節(jié)控制（通常關(guān)鍵）2類：閉環(huán)監(jiān)督控制（經(jīng)常非關(guān)鍵）

3類：開環(huán)控制（由人工控制）

注：批量控制的3級（“單元“）和4級（”過程小單元“）由其功能決定可能是1類、2類，甚至為0類監(jiān)測監(jiān)控4類：標(biāo)記產(chǎn)生短期操作結(jié)果（例如：基于事件的維護(hù)）

5類：記錄和下載/上載不產(chǎn)生直接的操作結(jié)果（例如：歷史數(shù)據(jù)采集、事件順序記錄SOE、預(yù)防性維護(hù)）無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景SP100規(guī)定的五類應(yīng)用（2）直接的操作結(jié)果的數(shù)據(jù)和消息，譬如歷史數(shù)據(jù)的采集，為預(yù)防性維護(hù)而必須進(jìn)行的周期性采集的數(shù)據(jù)，事件順序記錄數(shù)據(jù)的上傳（這類似于文件傳遞，不能因通信類型而發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，屬于監(jiān)控的第5類應(yīng)用，是指通過無線傳輸那些不會產(chǎn)生但又非像控制信號那樣必須考慮時間性），其它的上裝和下載。屬于監(jiān)控的第4類應(yīng)用，是指通過無線傳輸那些只在短時間內(nèi)產(chǎn)生操作結(jié)果的數(shù)據(jù)和消息，例如基于事件的維護(hù)而必須采集的數(shù)據(jù)，為測試需要而發(fā)往現(xiàn)場的限界動作所產(chǎn)生的臨時而短暫的結(jié)果，無線設(shè)備上的電壓低限指示器所產(chǎn)生的告知更換電池的信號等等。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景SP100規(guī)定的五類應(yīng)用（3）第3類開環(huán)控制是指在回路中還有人在作用，例如操作人員手動啟動一個信號裝置且注視著這個裝置，遠(yuǎn)程指導(dǎo)開啟一個安全門，操作人員執(zhí)行手動調(diào)節(jié)泵/閥門等。第2類閉環(huán)監(jiān)督控制，通常并非關(guān)鍵部位，如不頻繁的串級控制，多變量控制，優(yōu)化控制等。第1類閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，一般均為關(guān)鍵回路，如現(xiàn)場執(zhí)行器的直接控制，頻繁的串級控制等。第0類恒為關(guān)鍵的緊急行動，包括安全聯(lián)鎖，緊急停車，自動消防控制等。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景SP100規(guī)定的五類應(yīng)用（4）報警信號根據(jù)具體應(yīng)用場合，分屬以上由0類至5類。例如：0類報警是指那些具有自動響應(yīng)的、致命有毒氣體的泄漏檢測器信號（如對污染的自動響應(yīng)），

1類報警是指具有自動響應(yīng)的、對流程狀態(tài)會帶來高度影響的信號（如自動停止反應(yīng)的停車信號），

2類報警是指對流程狀態(tài)自動響應(yīng)的信號（如要對某種參與反應(yīng)的流體做分流處理），

3類報警是指對流程狀態(tài)作手動啟動的操作響應(yīng)的信號（如由操作人員來判斷決定是否分流至另一并行的反應(yīng)器），

4類報警是指有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的報警，以通知維護(hù)人員在短時間內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場，

5類報警指那些有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的報警，要求維護(hù)人員采取長期維護(hù)的動作。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景SP100規(guī)定的五類應(yīng)用（5）英國石油公司CTO提出：實際對這些類別（不包括0類）的應(yīng)用需求，大致是按以下的比例1：2：4：10：10第四、五類應(yīng)用是大量的狀態(tài)監(jiān)控—振動，溫度/壓力 性能監(jiān)控—熱交換，環(huán)境，機(jī)械性能無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景用于工業(yè)自動化的無線網(wǎng)絡(luò)的最緊要的要求成本減少安裝成本減少運行維護(hù)成本易于安裝和維護(hù)電源管理(采用電池運行)兼容性和可擴(kuò)可縮可互操作性/共用基礎(chǔ)設(shè)施/共存性(與其他射頻設(shè)備共存)在全世界范圍軍能使用(與使用國家無關(guān))網(wǎng)絡(luò)容量和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模可擴(kuò)可縮性能通信可靠(正確傳輸?shù)陌俜直?)適于閉環(huán)控制快速的報告速率支持現(xiàn)場點對點控制信息安全網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)格拓?fù)渥越M織(meshing)安全就地現(xiàn)場設(shè)備接入服務(wù)質(zhì)量(QoS)等級和使用情況無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(1/6)成本安裝成本安裝成本遠(yuǎn)低于有線網(wǎng)絡(luò)(至少為2:1)運行成本儀表維護(hù)成本與有線網(wǎng)絡(luò)相似底層結(jié)構(gòu)的連接其維護(hù)成本低于有線網(wǎng)絡(luò)易于安裝和維護(hù)增加一臺無線設(shè)備的工作量,與在有線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)增加一臺設(shè)備的工作量相同內(nèi)在的診斷集和標(biāo)準(zhǔn)化的補(bǔ)糾辦法,以及支持工具(如電池、RFMODEM、天線等)電源管理不論是自附電源還是由其他方法供電,不管所用電池的類型,在正常條件下都至少使用3年成本目標(biāo)=?(有線)+不致增加任何維護(hù)成本無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(2/6)兼容性和規(guī)模可擴(kuò)可縮可互操作性

/公用底層結(jié)構(gòu)一個支持SP100無線應(yīng)用協(xié)議的開放型無線現(xiàn)場設(shè)備的底層結(jié)構(gòu),可通過網(wǎng)關(guān)變換為現(xiàn)今的應(yīng)用協(xié)議與工廠內(nèi)其他非公用底層結(jié)構(gòu)的RF共存在世界范圍均可使用盡管各國允許的使用頻帶不盡相同,但無線設(shè)備必須在世界各國都能使用網(wǎng)絡(luò)容量和可擴(kuò)可縮性能每個網(wǎng)絡(luò)容量可高達(dá)1,000個現(xiàn)場設(shè)備每個網(wǎng)絡(luò)最多可有100個中繼節(jié)點在所覆蓋的區(qū)域內(nèi)容許多個網(wǎng)絡(luò)具有可預(yù)測的性能底層結(jié)構(gòu)支持不同供貨商提供的設(shè)備,而不致干擾現(xiàn)有的無線設(shè)備無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(3/6)性能通信可靠能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下(EMI、多徑、衰變等)正常工作能與現(xiàn)場中同時存在WiFi、RFID、對講機(jī)、手機(jī)、尋呼機(jī)、無線遠(yuǎn)程控制和其他無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共存對數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖枞锌咕苣芰吸c故障不致對整個網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響報告速率最佳性能與有線數(shù)字通信相仿（與具體應(yīng)用場合有關(guān)）適于閉環(huán)控制在受調(diào)度時間間隔內(nèi)以極高的消息傳輸百分比進(jìn)行傳輸因連續(xù)丟失消息而脫離預(yù)定模式的事件極少發(fā)生在現(xiàn)場支持點對點控制可向DCS或類似控制系統(tǒng)發(fā)送消息；能同時向其他現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送消息，以形成現(xiàn)場回路像有線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)一樣可提供和支持閉環(huán)控制無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(4/6)信息安全網(wǎng)絡(luò)安全無線網(wǎng)絡(luò)對故意攻擊或人為差錯有安全防護(hù)設(shè)備均提供識別碼通信關(guān)系授權(quán)自動密鑰管理對可能發(fā)生的攻擊進(jìn)行推理、記錄和報告消息傳送安全通過對消息的檢查防止惡意攻擊或消息發(fā)送系統(tǒng)出錯由要求消息的源節(jié)點進(jìn)行檢查原封不動和不加修改在QoS等級內(nèi)按數(shù)據(jù)包的順序傳送，對同一數(shù)據(jù)包不重發(fā)傳送的及時性根據(jù)應(yīng)用的需要通信有防止竊聽保護(hù)對所傳送的消息作適當(dāng)?shù)谋Ｃ芴幚硎怪孟袷请S機(jī)數(shù)據(jù)QoS服務(wù)質(zhì)量(如立即傳送、按預(yù)定時間傳送、等待一定時間)保持信息安全的過程具有智能特性無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(5/6)現(xiàn)場設(shè)備就地接入現(xiàn)場設(shè)備就地接入

在正常條件下用手持式PDA接入任意現(xiàn)場設(shè)備的能力和通過控制系統(tǒng)作代理服務(wù)器方式的接入能力

注:在以代理服務(wù)器方式接入強(qiáng)制保證安全和可計算的,同時對常認(rèn)為駐設(shè)備的信息作快速拷貝時每次均保持一致在投用調(diào)試的情況下用手持式PDA接入任意現(xiàn)場設(shè)備的能力,或在緊急情況下不能利用控制系統(tǒng)作代理服務(wù)器方式接入而又要作預(yù)組態(tài)時接入

注:在其他時間必須禁止使用這一特性,在投用調(diào)試結(jié)束后如果使用之應(yīng)作為潛在的安全危險加以記錄必須支持現(xiàn)場設(shè)備的無線就地接入無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(6/6)服務(wù)質(zhì)量QoS服務(wù)質(zhì)量QoS分類立即(如緊急消息,高中斷級報警)按預(yù)定時間傳送(如周期性閉環(huán)控制模塊)等待一定時間可得到(如監(jiān)控數(shù)據(jù),低中斷級報警)高吞吐量數(shù)據(jù)(如歷史數(shù)據(jù)上傳,組態(tài)數(shù)據(jù)庫下載,代碼下載)信息時間性的重要程度無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線通信網(wǎng)絡(luò)的分類無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線通信網(wǎng)絡(luò)的分類

無線通信網(wǎng)絡(luò)按傳輸距離可分為：

城際網(wǎng)（WMAN）

局域網(wǎng)（WLAN）

個人網(wǎng)（短程網(wǎng)，WPAN）無線通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)

城際網(wǎng)（，

）

局域網(wǎng)（）

短程網(wǎng)（）無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的無線空間

數(shù)據(jù)傳輸率(Mbps)傳輸范圍ZigBeeWPANWLANWMANWWANWiFi1101001000BluetoothWiMax無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景正在發(fā)展的一些無線傳輸?shù)募夹g(shù)無線交換技術(shù)

簡化無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和部署

簡化無線網(wǎng)絡(luò)管理 快速交付使用 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

構(gòu)成接入點和客戶的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)

改善傳輸范圍，通過數(shù)據(jù)包的再傳輸可減少對返輸要求

通過多路徑傳輸可提高傳輸?shù)目煽啃?/p>

顯著改善網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)能力智能天線

多發(fā)射和/或接收天線（MIMO）

定向聚焦射頻電磁波

為改善鏈接能力和可靠性進(jìn)行高級信號處理

backhaul無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景正在發(fā)展的一些無線傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)

特長的電池壽命

很適合工業(yè)自動化，家用電器，傳感器網(wǎng)絡(luò)超寬帶（UWB，IEEE802.15.3a和）

美國FCC開放一無須申請的自由寬帶頻率范圍

無射頻載波，低成本，低功耗，非直線傳輸 在低傳輸速率模式，可用于一個重要的工業(yè)市場： 位置感知（在2厘米-20米范圍內(nèi)）

WiMax（，Intel提出）

適于住宅區(qū)/經(jīng)營性建筑的長距離（1km）射頻鏈接 較高數(shù)據(jù)傳輸率（在一個20MHz的信道約70Mbps） 也可用于大型工業(yè)部署 今年將有商品問世無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景用于工業(yè)控制領(lǐng)域的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)近些年來，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)成為工控領(lǐng)域中正在迅速發(fā)展的技術(shù)熱點之一，也是被不少工業(yè)自動化供應(yīng)廠商看好的一種新的增長點。發(fā)展重點主要集中在無線局域網(wǎng)和無線短程網(wǎng)。一如以往所有的IT技術(shù)移植到工控應(yīng)用中來所采取的方法一樣，基礎(chǔ)是IT行業(yè)的各種無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)。但充分考慮在這種專門應(yīng)用中的特別要求，開發(fā)適應(yīng)這些特別要求的技術(shù)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和行規(guī)。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景適應(yīng)不同無線傳輸要求

而發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)短程<傳輸范圍>長程低<實際數(shù)據(jù)傳輸率>高TEXTINTERNET/AUDIOCOMPRESSEDVIDEOMULTI-CHANNELDIGITALVIDEOBluetooth1Bluetooth2ZigBee文本因特網(wǎng)/聲音壓縮圖像多通道數(shù)字圖像無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的比較市場名標(biāo)準(zhǔn)GPRS/GSM1xRTT/CDMAWi-Fi?802.11bBluetooth?802.15.1ZigBee?802.15.4應(yīng)用重點廣闊范圍聲音&數(shù)據(jù)Web,Email,圖像電纜替代品監(jiān)測&控制系統(tǒng)資源16MB+1MB+250KB+4KB-32KB電池壽命(天)1至70.5至51至7100至1,000+網(wǎng)絡(luò)大小1327255/65,000帶寬(KB/s)64-128+11,000+72020-250傳輸距離(米)1,000+1-1001-10+1-100+成功尺度覆蓋面大,質(zhì)量速度,靈活性價格便宜,方便可靠,低功耗,價格便宜無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線局域網(wǎng)WLAN標(biāo)準(zhǔn)WLAN標(biāo)準(zhǔn)系列還在發(fā)展中，已完成的有:其中，涉及安全的有：802.11i安全擴(kuò)展涉及性能增強(qiáng)的有：802.11eMAC層的QoS擴(kuò)展， 快速漫游，802.11n極高吞吐能力方式， 802.11s網(wǎng)格狀聯(lián)網(wǎng)涉及投用和管理的有：802.11k射頻資源管理，

802.11t無線性能預(yù)測，802.11v無線網(wǎng)絡(luò)管理IEEE802.11載頻2.4G

帶寬2Mbps跳頻,直序擴(kuò)頻頒布年1997802.11b2.4G11Mbps直序擴(kuò)頻DSSS1999802.11a5G54MbpsOFDM1999802.11g2.4G54MbpsOFDM2003無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景全球WLAN的市場容量及預(yù)測設(shè)備單價市場投放量價格從300美元（2000）降至十幾美元（2007），市場投放達(dá)5000萬臺。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景工業(yè)WLAN和WLAN要求不同工業(yè)WLAN的市場容量相對較小，但性能要求高。工業(yè)WLAN的產(chǎn)品應(yīng)可靈活地通過軟件模塊實現(xiàn)的分標(biāo)準(zhǔn)。如Siemens的工業(yè)WLAN產(chǎn)品SCALANCE-W，就可提供工業(yè)QoS和快速漫游（）的解決方案。在技術(shù)上并不能提供確定性的保證，但在802.11e中給出了在MAC層支持多傳輸介質(zhì)應(yīng)用及保證通信質(zhì)量QoS的擴(kuò)展：解決了在MAC層的優(yōu)先級服務(wù)，又通過輪詢規(guī)約（pollingprotocol）實現(xiàn)多介質(zhì)的通信調(diào)度。由于輪詢在本質(zhì)上具有確定性，因而可以避免由的信道爭用和指數(shù)補(bǔ)償而造成的延遲。為了防止輪詢可能帶來的不良問題（如在需要發(fā)送的數(shù)據(jù)尚未形成之前輪詢信號已到，那么該數(shù)據(jù)的發(fā)送則不得不再等待一個輪詢周期），需要通過自適應(yīng)輪詢算法保證現(xiàn)場設(shè)備同步。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景工業(yè)無線局域網(wǎng)WLAN的要求工業(yè)WLAN具有與企業(yè)辦公和家庭應(yīng)用環(huán)境不同的要求。這些要求可歸納為：

嚴(yán)格的延遲要求。確定性性能的保證支持大量的設(shè)備掛網(wǎng)，并支持掛網(wǎng)的設(shè)備數(shù)量可變化。網(wǎng)絡(luò)安全的保證。網(wǎng)絡(luò)投用的保證。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景工業(yè)無線局域網(wǎng)WLAN的要求嚴(yán)格的延遲要求：用于現(xiàn)場設(shè)備要求延遲不大于10ms，用于運動控制不大于1ms，對于周期性的控制通信，使延遲時間的波動減至最小也是很重要的指標(biāo)。確定性性能的保證：保證確定性是對任務(wù)執(zhí)行有嚴(yán)苛保證的工業(yè)通信系統(tǒng)必備的特性。即使設(shè)備處于漫游狀態(tài)也有此要求，否則會喪失實時性能。支持大量設(shè)備掛網(wǎng)，并容許掛網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量可變化：工業(yè)WLAN的接入點約為數(shù)百個的數(shù)量級。若節(jié)點過多和接入的節(jié)點數(shù)有變化，有可能導(dǎo)致的MAC協(xié)議層效率太低。網(wǎng)絡(luò)安全的保證：滿足安全保密法規(guī)是工業(yè)WLAN的基本要求。包括對黑客接入點的檢測和保護(hù)的前提條件。網(wǎng)絡(luò)投用的保證：由于運行故障是不可接受的，因此對于有幾百個設(shè)備節(jié)點的WLAN來講要求網(wǎng)絡(luò)具有自投用功能，并能執(zhí)行無線規(guī)劃和輔助節(jié)點位置調(diào)查。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景短程無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15WPAN工作組負(fù)責(zé)制定無線個人網(wǎng)WPAN的通信標(biāo)準(zhǔn)。下面有4個分標(biāo)準(zhǔn)：

為BlueTeeth（藍(lán)牙），

為共存性

為高數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN， 為低數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN。、和均正式公布。工作組因兩個草案投票軍未超過75%，已宣布解散。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ZigBee與藍(lán)牙的一些比較在現(xiàn)場層無線網(wǎng)絡(luò)中，同樣屬于無線短程網(wǎng)的要比藍(lán)牙更具廣泛的應(yīng)用前景。這主要是基于以下三個原因： ZigBee的應(yīng)用開發(fā)門檻遠(yuǎn)低于藍(lán)牙，其最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點的軟件開發(fā)工作量僅為藍(lán)牙節(jié)點開發(fā)的10%，其最簡單的RFD節(jié)點的軟件開發(fā)工作量僅為藍(lán)牙的2%；

ZigBee的功耗遠(yuǎn)低于藍(lán)牙，這是因為就發(fā)射的頻寬比來講，ZigBee為，藍(lán)牙為，即ZigBee的發(fā)射時間只占其周期的1%，而藍(lán)牙卻占99%；

ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點容量遠(yuǎn)多于藍(lán)牙。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景的市場特性

低功耗；低成本；較低的報文吞吐率；支持大型網(wǎng)絡(luò)接點的數(shù)量級（不多于65K個接點）；對通信服務(wù)質(zhì)量QoS要求不高（甚至無QoS）；提供可選擇的安全等級（采用AES-128），

加密

發(fā)送鑒別

報文的完整性為適合于多方面的應(yīng)用而進(jìn)行的靈活協(xié)議設(shè)計。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景的一般技術(shù)性能

數(shù)據(jù)傳輸率250Kb/s(2.4GHz)和20/40Kb/s(868/915MHz)；在工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻帶（ISM頻帶）為16個信道，在915MHzISM頻道為10個信道，在歐洲用868MHz頻道為1個信道；采用信道共享多點接入技術(shù)CSMA-CA（載波監(jiān)聽多信道接入/避免沖突）協(xié)議；為保證傳輸?shù)目煽啃裕捎猛暾奈帐謪f(xié)議；為實現(xiàn)低功耗，配備極低的（小于1/1000）頻寬比（duty-cycle）能力，可提供無信標(biāo)（beaconless）操作；支持等待時間低的設(shè)備（在使用星型網(wǎng)絡(luò)時可使用有保證的時隙）；支持點對點、星型、簇狀樹型和網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

ZigBee與的關(guān)系ZigBee采取了強(qiáng)有力的無線物理層所規(guī)定的全部優(yōu)點ZigBee增加了邏輯網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用軟件ZigBee繼續(xù)與IEEE緊密結(jié)合，以保證向市場提供一種完整的集成解決方案

無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ZigBee協(xié)議棧的特性8-bit微處理器

(例如80c51)協(xié)議棧簡捷緊湊甚而支持更簡單的僅為從站的協(xié)議棧物理層MAC子層網(wǎng)絡(luò)/安全層應(yīng)用架構(gòu)應(yīng)用層/行規(guī)802.15.4ZigBee聯(lián)盟平臺應(yīng)用層ZigBee平臺通信棧硬件實現(xiàn)ZigBee或OEM無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ZigBee的頻帶和數(shù)據(jù)傳輸率

頻帶

使用范圍

數(shù)據(jù)傳輸率

信道數(shù)2.4GHzISM 全世界 250kbps 16868MHz 歐洲 20kbps 1915MHzISM 北美 40kbps 10無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

ZigBee技術(shù)可靠性怎么保證?可靠性來自以下措施的組合物理層RF通信鏈接直序闊頻采用高處理增益明晰的信道檢測對干擾能量進(jìn)行檢測采用跳頻技術(shù)Frequencyagility協(xié)議基于CRC的誤碼檢測/校正采取了避免沖突的策略CSMA/CA為固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用的有保證的時隙發(fā)送的數(shù)據(jù)包都有待于接受方的確認(rèn)，如出現(xiàn)問題進(jìn)行重發(fā)保持?jǐn)?shù)據(jù)包的及時傳輸Packetdatafreshness經(jīng)過強(qiáng)有力認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)化開放協(xié)議及可互操作性無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景物理層特性802.15.4在低信噪比的環(huán)境下誤碼率很低Bluetooth信噪比dB位誤碼率藍(lán)牙要達(dá)到10-9誤碼率，信噪比要為16無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景在低信噪比的環(huán)境下ZigBee的性能超群藍(lán)牙FSKWiFiB信噪比位誤碼率無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景的物理層協(xié)議設(shè)計保證了它的高抗干擾能力在物理層采用高處理增益的直序/頻率快變DS/FA（DirectSequence/FrequencyAgility）IEEE802的直序擴(kuò)頻的處理增益比較處理增益越大，抗干擾和抗多徑時延擴(kuò)展的能力越強(qiáng)。頻率快變就是改變頻率，以避開從一個已知干擾源或信號源來的影響的能力。

實驗證明的誤碼率，特別是在信噪比為4dB的情況下可達(dá)到10-9；達(dá)到同樣誤碼率，藍(lán)牙/信噪比要達(dá)16dB，要達(dá)10dB。IEEE802802.11802.11b802.15.4(2.4G)802.15.4(915M)處理增益11113215無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景IEEE802.15.4MAC概述應(yīng)用64-bitIEEE&16-bit短地址網(wǎng)絡(luò)理論上最大可達(dá)264

nodes(超過實際需要的數(shù)量)采用簡約地址開銷的就地尋址，可對多達(dá)

65,000（216

）節(jié)點的簡單網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)

規(guī)定了三種設(shè)備NetworkCoordinator網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器FullFunctionDevice(FFD)全功能設(shè)備ReducedFunctionDevice(RFD)簡約功能設(shè)備幀結(jié)構(gòu)較簡單數(shù)據(jù)傳送可靠Association/disassociation關(guān)聯(lián)/去關(guān)聯(lián)AES-128安全密鑰CSMA-CA信道存取可選帶信標(biāo)（

beacons）的超幀結(jié)構(gòu)有保證的時間間隙GTS（GauranttedTimeSlot）機(jī)制可選無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景網(wǎng)絡(luò)(客戶)節(jié)點最多為65,536對于要求快速響應(yīng)的應(yīng)用場合 予以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參與時間:30ms(典型值)由休眠從站轉(zhuǎn)化為工作狀態(tài):15ms(典型值)處于工作狀態(tài)的從站的存取時間:15ms(典型值)ZigBee基本網(wǎng)絡(luò)特點網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器全功能節(jié)點簡約功能節(jié)點通信流虛擬鏈接無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ZigBee可構(gòu)成網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)絡(luò)ZigBee終端設(shè)備(RFD或FFD)ZigBee路由器(FFD)ZigBee協(xié)調(diào)器(FFD)網(wǎng)狀鏈接星形煉接無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ZigBee的Mesh組網(wǎng)方式Mesh是一種特殊的、按接力方式傳輸?shù)狞c對點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其路由可自動建立和維護(hù)。通過以上ZigBeeMesh結(jié)構(gòu)圖可以得知，一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)只有一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，但可以有若干個路由器。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)，同時它也可作為與其它類型網(wǎng)絡(luò)的通訊節(jié)點（網(wǎng)關(guān)）。構(gòu)成協(xié)調(diào)器和路由器的器件必須是全功能器件（FFD），而構(gòu)成終端設(shè)備的器件可以是全功能器件，也可是簡約功能器件（RFD）。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景Mesh自組網(wǎng)絡(luò)的路由算法針對移動通信的要求，近些年來已提出的自組織網(wǎng)路由算法主要分為兩大類：

基于表驅(qū)動的路由算法(tabledriven)源始發(fā)的按需路由算法(source-initiated on-demanddriven)

無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景表驅(qū)動路由算法表驅(qū)動路由繼承了傳統(tǒng)的IP路由,但在消除路由環(huán)路和已過時路由等方面做了適應(yīng)于自組織網(wǎng)特性的改進(jìn)。在這種路由協(xié)議中，無論路由是否被用到,每個節(jié)點都要維持路由表，并進(jìn)行周期性的路由信息交換。這樣會增大移動終端的儲存和計算負(fù)擔(dān),且大量浪費了網(wǎng)絡(luò)帶寬。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓^快時,這些大量交換的控制信息將在很大程度上影響數(shù)據(jù)信息的傳送。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景源始發(fā)的按需路由算法源始發(fā)的按需路由算法因其更適合自組織網(wǎng)特性而成為現(xiàn)今研究重點。按需路由一般分為路由建立和路由維護(hù)兩個過程。它僅在節(jié)點有信息要發(fā)送時,廣播路由建立分組,尋找最佳路由,而不需維護(hù)所有路由信息,也不用定期交換路由信息。這樣就有效地節(jié)省帶寬和內(nèi)存。如何在按需路由算法中進(jìn)一步地降低開銷是提高其性能的關(guān)鍵。自組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)需要一個優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌惴?。ZigBee使用了簡化的AODV（AdhocOnDemandDistanceVectorRouting）的網(wǎng)絡(luò)路由結(jié)構(gòu)。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ZigBee使用簡化的AODV網(wǎng)絡(luò)路由結(jié)構(gòu)AODV路由協(xié)議是一種基于距離矢量的按需路由算法，只保持需要的路由，而不需要節(jié)點維持通信過程中未達(dá)目的節(jié)點的路由。節(jié)點僅記住下一跳，而非像源節(jié)點路由那樣記住整個路由。它能在網(wǎng)絡(luò)中的各移動節(jié)點之間動態(tài)地、自啟動地建立逐跳路由。當(dāng)鏈路斷開時，AODV會通知受影響的節(jié)點，從而使這些節(jié)點能被確認(rèn)為無效路由。AODV允許移動節(jié)點響應(yīng)鏈路的破損情況，并以一種及時的方式更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。AODV操作是無環(huán)回的，并避免了當(dāng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r快速收斂的無限計算問題(特別是當(dāng)一個節(jié)點進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時)。ZigBee采用按需路由算法AODV，在節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)性能上都有著很大的優(yōu)勢。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ZigBee的Mesh拓樸需要解決的問題目前自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，對于Mesh結(jié)構(gòu)的節(jié)電模式還沒有統(tǒng)一的方式。需要結(jié)合實際情況加以解決。由于采用多跳的路由方式，所以對于整個網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一調(diào)度還要做很多工作。需要結(jié)合實際情況在應(yīng)用層上開發(fā)整個網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一路由優(yōu)化調(diào)度算法。同樣，對于大量的節(jié)點，怎樣合理調(diào)度使得最后產(chǎn)生的路由路徑合理有效，也是需要根據(jù)實際情況研究的方向。其他包括全網(wǎng)跳頻技術(shù)、抗干擾技術(shù)等都是需要探討的。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景和的共存性問題利用的信道#15、#20、#25和#26可避免受802.11b的信道#1、#6和#11的干擾。后者的發(fā)射功率為前者的30倍。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線信息骨干網(wǎng)的一種構(gòu)型

由于ZigBee是短程網(wǎng)，不可能覆蓋整個廠區(qū)，加之原有的 現(xiàn)場總線也很有效，所以設(shè)計了一種無線信息骨干網(wǎng)系統(tǒng)。WirelessInformationBackbonesProfibusZigBee傳感器DeviceNetEthernetWIB節(jié)點ZigBee簇狀樹形ZigBee簇狀樹形無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景典型工廠的ZigBee無線傳感器覆蓋范圍無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景典型工廠的無線信息骨干網(wǎng)覆蓋范圍無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景通過無線信息骨干網(wǎng)實現(xiàn)信息共享通過建立發(fā)射功率較大的無線信息骨干網(wǎng)（WIB，WirelessInformationBackbones），可將ZigBee傳感器的信息傳輸給各種掛在以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線上的物理設(shè)備。WIB的節(jié)點一方面是無線網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點，另一方面又起著無線通信協(xié)議和其它通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換作用。實踐證明1W的發(fā)射功率可以穿透多數(shù)的工廠和成套設(shè)備。但目前我國的無線法規(guī)只限定在30mW內(nèi)。應(yīng)該說，ZigBee因其低功耗、低成本、傳輸可靠性高、簡便實用，發(fā)展?jié)摿艽蟆Ｆ浒l(fā)射功率小、易受鋼結(jié)構(gòu)所衰減、傳輸距離短等固有問題，完全可以經(jīng)由WIB予以解決。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備層無線通信

正在進(jìn)入工控領(lǐng)域無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備層無線通信正進(jìn)入工控領(lǐng)域

2004年Honeywell推出基于ZigBee無線傳輸協(xié)議的無線變送器XYR5000系列，可精確檢測表壓力、絕對壓力、溫度，還有4-20mA接口，供其它傳感器轉(zhuǎn)為無線輸出。

OMRON推出的無線鏈接DeviceNet現(xiàn)場總線主站：WD30-ME和從站：WD30-SE，最多可支持DI/DO各1600點的通信。已成功應(yīng)用于豐田汽車裝配線的控制系統(tǒng)中?，F(xiàn)場設(shè)備層無線通信迅速進(jìn)入工控領(lǐng)域，其中一個突破口是現(xiàn)場總線和無線通信技術(shù)的結(jié)合。以下是若干有象征意義的動作和產(chǎn)品:無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景現(xiàn)場設(shè)備層無線通信正進(jìn)入工控領(lǐng)域德國schildknecht公司推出的無線Profibus-DP產(chǎn)品DE3000系列，可在主站與多個從站之間建立無線鏈接。其使用的載頻為，數(shù)據(jù)包，無線通信協(xié)議分別是：

IEEE802.11b(數(shù)據(jù)傳輸率11Mbit)IEEE802.11(數(shù)據(jù)傳輸率1Mbit)IEEE802.15.1(數(shù)據(jù)傳輸率700Kbit)HART通信基金會HCF投資開發(fā)新的技術(shù)能力和工具，無線HART已成為開發(fā)重點，成立的無線工作組正在制定新的技術(shù)規(guī)范，要求HART無線通信技術(shù)保證支持產(chǎn)品的互操作性，提升HART智能儀表的智能和可連接性，預(yù)計在2006年上半年完成規(guī)范草案，并與工業(yè)無線組織如SP100無線委員會協(xié)調(diào)、合作，以確保工作的連續(xù)性和均衡性。WLANWPAN無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ABB進(jìn)行的現(xiàn)場設(shè)備層無線通信實驗

ABB在瑞典的Boliden加工廠利用Ember的無線技術(shù)進(jìn)行了無線通信的評估試驗。開環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用控制系統(tǒng)離線處理無線傳感器數(shù)據(jù)工廠生產(chǎn)過程傳感器非實時非實時無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ABB進(jìn)行的現(xiàn)場設(shè)備層無線通信實驗要求是：通過無線通信傳輸非過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)，短數(shù)據(jù)包，低平均數(shù)據(jù)率，低功耗具體應(yīng)用范圍有：設(shè)備管理、狀態(tài)檢測、預(yù)防性維護(hù)和服務(wù)應(yīng)用結(jié)果證明：ZigBee完全滿足要求

無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ABB進(jìn)行的現(xiàn)場設(shè)備層無線通信實驗閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用控制系統(tǒng)工廠生產(chǎn)過程傳感器無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景ABB進(jìn)行的現(xiàn)場設(shè)備層無線通信實驗要求是：通過無線通信傳輸過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)，短數(shù)據(jù)包，低平均數(shù)據(jù)率，低功耗，遲延短，數(shù)據(jù)包傳送有保證應(yīng)用范圍：制造自動化，過程控制試驗證明：對于實時數(shù)據(jù)，當(dāng)節(jié)點較少時，通過網(wǎng)狀拓?fù)溥M(jìn)行5次接力（hop），運行結(jié)果很好，在延遲、穩(wěn)定性和功耗等方面均符合要求。節(jié)點密度對數(shù)據(jù)包的傳輸存在較大影響。節(jié)點在50個以內(nèi)，數(shù)據(jù)包時間間隔在30秒以上丟包率1%以下。這表明如何讓節(jié)點密度、數(shù)據(jù)包間隔時間滿足應(yīng)用的要求，對ZigBee無線傳輸成功應(yīng)用于現(xiàn)場層設(shè)備是一個巨大挑戰(zhàn)。需要進(jìn)一步研究開發(fā)的問題有：在多跳網(wǎng)絡(luò)中保證合理的遲延，穩(wěn)健的控制算法（如為減少功耗，讓節(jié)點保持同步休眠的網(wǎng)絡(luò)同步算法）。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景丟包率（%）節(jié)點數(shù)包間隔

50秒包間隔

15秒ZigBee無線傳輸?shù)奶魬?zhàn)：節(jié)點密度，數(shù)據(jù)包間隔時間包間隔

30秒無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景英國石油公司BP的無線應(yīng)用實驗液化天然氣容器跟蹤L油船引擎振動監(jiān)控

潤滑油供應(yīng)鏈液化天然氣罐遠(yuǎn)程監(jiān)控化工產(chǎn)品鐵路槽車的遠(yuǎn)程信息處理勞動保護(hù)服裝檢查油罐車駕駛員安全措施油氣管線的腐蝕檢測油氣官線侵入者檢測無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)

(Motes) Motes概念給BP帶來巨大利益，但…..Motes主要用于研究活動、清潔區(qū)域..在嚴(yán)酷工業(yè)環(huán)境中（天氣、振動、溫度、金屬結(jié)構(gòu)和設(shè)備等）它能用嗎？要Motes在嚴(yán)酷工業(yè)環(huán)境中完全可以使用，還待實驗證明但……

大部分BP的工業(yè)場所要求本質(zhì)安全等級的設(shè)備，目前尚找不到本質(zhì)安全的Motes

在油船的輪機(jī)間還要求抗振動、高溫等許多環(huán)境挑戰(zhàn)，盡管不要求本質(zhì)安全

接下去要在煉油廠進(jìn)行有關(guān)本質(zhì)安無線技術(shù)的實驗采用Mesh拓?fù)涞臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)解決測量問題已成共識EarlyMotes無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景BP在Schiehallion對mote技術(shù)進(jìn)行試驗無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景12萬噸運油船LochRannoch號上的Motes試驗

在嚴(yán)酷工業(yè)環(huán)境下用motes進(jìn)行輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)控，減少了停機(jī)時間和非計劃維護(hù)

在BP的LochRannoch號油船上做實驗從Schiehallion油田裝載120,000噸原油運到Shetland的

SullomVoe,進(jìn)行了6個月的實驗，主要檢測旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動情況現(xiàn)在用手動方法進(jìn)行狀態(tài)檢測，慢且不能做到定時檢測

用有線傳感器作狀態(tài)檢測在成本上是不實際的為此不得不定期將輪機(jī)拆開檢查無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景技術(shù)解決方案2004年運行了6個月26個motes,115傳感器,4個網(wǎng)關(guān)

節(jié)點的部署需要克服高射頻背景、電壓變化以及由振動產(chǎn)生的高機(jī)械應(yīng)力，并考慮輪機(jī)艙的艙口和隔間對無線網(wǎng)絡(luò)的影響還試驗利用振動產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，向mote供電取得很好的經(jīng)驗無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景檢查motes的安裝位置煉油過程的無線測量平臺嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下（class1div2）工作的

mote,電池壽命長在相當(dāng)大的范圍進(jìn)行工業(yè)測量，可靠性達(dá)99.99%儀表安裝成本節(jié)約一個數(shù)量級無線通信可以支持各類的數(shù)字式和模擬式傳感器煉油廠內(nèi)實驗效果令人滿意按運行要求進(jìn)行周期性的測量實驗無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景BP無線通信的工業(yè)實驗的幾點經(jīng)驗對SP1004類和

5類應(yīng)用有強(qiáng)烈需求—通過實驗證明在實際中完全可以應(yīng)用：

狀態(tài)檢測—振動和溫度/壓力

性能檢測—熱交換、環(huán)境狀態(tài)、機(jī)械運行狀態(tài)3類應(yīng)用（開環(huán)控制）也有需求希望

2類和慢速1類隨著用戶不斷取得經(jīng)驗，在對傳輸延遲、信息安全和穩(wěn)健性（robustness）等有更好了解之后，而逐漸有所應(yīng)用，以利于更多地引導(dǎo)對此類應(yīng)用的要求。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景HART基金會正在積極開發(fā)

無線HART協(xié)議無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景HART基金會正在積極開發(fā)

無線HART協(xié)議ARC的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在全世界已安裝的現(xiàn)場儀表達(dá)4,000—4,500萬 臺，其中采用4—20mA信號的達(dá)48%，采用HART的達(dá)26%，采用氣動信號的為13%，采用現(xiàn)場總線的僅1%左右。HART通信基金會HCF投資開發(fā)新的技術(shù)能力和工具，無線HART已成為開發(fā)重點，成立的無線工作組正在制定新的技術(shù)規(guī)范。無線HART協(xié)議應(yīng)該具有目前有線HART協(xié)議能夠解決的所有應(yīng)用，也就是說可以滿足在SP100規(guī)定的第0類到第5類的全部應(yīng)用的要求。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線HART通信的要求（1）一般要求

HART無線標(biāo)準(zhǔn)支持公用無線現(xiàn)場設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，與正在開發(fā)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如SP100）在互操作性、易于安裝和維護(hù)等方面密切合作。為保證可靠性和規(guī)?？稍隹蓽p，協(xié)議必須適用與點對點和網(wǎng)格（mesh）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中點對點為最小網(wǎng)絡(luò)。重點是工廠內(nèi)現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)級的通信，作為有線連接的一種替代。對于單個現(xiàn)場設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)至少必須支持兩種應(yīng)用存取信息，例如DCS和手持式存取設(shè)備。規(guī)?？稍隹蓽p性能：一個無線接入點（WAP）可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛻?yīng)用場合接入從一臺到多臺設(shè)備。一臺回路供電的4-20mA/HART現(xiàn)場設(shè)備也可有第二個數(shù)字通信通道—無線HART通道，而不致于使4-20mA/HART回路性能變壞。遠(yuǎn)程設(shè)備組態(tài)—不用物理連線可對設(shè)備進(jìn)行組態(tài)的能力。無線現(xiàn)場設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)部件必須具有在危險區(qū)正常運行的性能。當(dāng)前生產(chǎn)和使用的HART設(shè)備也可具有無線HART通道，作為冗余通信信道。允許設(shè)備間通過無線網(wǎng)絡(luò)交換信息、擴(kuò)展HART6（存取設(shè)備參數(shù)變量）的能力。無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線HART通信的要求（2）成本和使用簡便網(wǎng)絡(luò)安裝和維護(hù)成本要比有線網(wǎng)絡(luò)少一個數(shù)量級（至少1/2，目標(biāo)是不1/10），例如安裝難度不超過無線家庭網(wǎng)絡(luò)、不要求對安裝現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)評估。設(shè)備安裝成本小于或等于有線設(shè)備。信息安全網(wǎng)絡(luò)對于“非授權(quán)接入”的信息安全能力（如加密、周期性對授權(quán)密鑰自動賦值要優(yōu)于有線系統(tǒng)，不會對用戶帶來任何影響）無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線HART通信的要求（3）性能和可靠性電源管理—電池壽命至少3年。最佳目標(biāo)為與設(shè)備的壽命相同（15年以上），這與應(yīng)用的具體要求和環(huán)境條件有在要求高可靠的通信時，HART無線網(wǎng)絡(luò)支持冗余無線路徑和冗余網(wǎng)關(guān)/網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器為現(xiàn)場儀表組態(tài)、調(diào)試投運，由移動設(shè)備（手持式操作器、PDA、便攜式電腦）與現(xiàn)場設(shè)備的無線鏈接，其最佳響應(yīng)時間性能與現(xiàn)有的手持式操作器相同，目標(biāo)小于10秒。無線請求/響應(yīng)延遲的最佳性能與有線相似，最大的可接受性能與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛻?yīng)用有關(guān)。在對無線網(wǎng)絡(luò)安裝評估、測試和監(jiān)控性能是網(wǎng)絡(luò)管理工具（如物理信道的信號質(zhì)量測量、接受信號強(qiáng)度指示器、位出錯率或包出錯率監(jiān)控和鏈接質(zhì)量指示器）無線通信網(wǎng)絡(luò)在工控領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀與前景無線HART通信的要求（4）共存性和可互操作性在同一邏輯HART網(wǎng)絡(luò)中，有線HART儀表和無線HART儀表其共存和可互操作性能不致變差。在同一個無線網(wǎng)絡(luò)中，無線HART設(shè)備與無線非HART設(shè)備的共存性，表現(xiàn)為在運行限制內(nèi)，以及對信息安全、性能、可靠性、功耗和帶寬影響最小等方面。無線HART儀表必須在全世界都能用，都具有互操作性，也就是說目標(biāo)是全球使用單一