“無線網(wǎng)絡(luò)是許多過程工廠的重要組成部分，它具有諸多優(yōu)勢(shì)。制造業(yè)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的接受程度正在持續(xù)增加，在越來越多的工程中獲得應(yīng)用。

”在10多年前，無線網(wǎng)絡(luò)就已經(jīng)成為過程工業(yè)的一部分。工廠設(shè)施采用無線網(wǎng)絡(luò)的原因有很多，但通?？梢詺w結(jié)為以下兩類。

第一類是被動(dòng)的：主要用于已經(jīng)飽和、無法繼續(xù)增加線纜的有線基礎(chǔ)設(shè)施，或電纜難以到達(dá)的區(qū)域。

第二類是主動(dòng)的：無線網(wǎng)絡(luò)是快速擴(kuò)展儀表和通信功能區(qū)域的關(guān)鍵手段，無需較高的成本、較長的安裝時(shí)間，也并不需要有線儀器所需的停機(jī)時(shí)間。

無論是出于哪種原因，最終目標(biāo)都是提高設(shè)施的生產(chǎn)率和員工效率。傳統(tǒng)制造企業(yè)面臨著具有豐富經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員減少且工人總數(shù)減少的趨勢(shì)，急需提高效率以確保其在行業(yè)內(nèi)的競爭力和持續(xù)的盈利能力。

當(dāng)今的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，已經(jīng)可以滿足制造業(yè)對(duì)工業(yè)通訊提出的苛刻要求：

?可靠的通訊；

?安全的數(shù)據(jù)傳輸；

?確定性通訊；

?受控的功耗。

>>>Wi-Fi和其它現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)<<<

大多數(shù)人在談到無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，他們首先想到的是將計(jì)算機(jī)、電話、平板電腦和其它設(shè)備連接到辦公室、家庭甚至工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的無線以太網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）。雖然Wi-Fi應(yīng)用非常廣泛，并且適用于各種各樣的應(yīng)用，但其高功率要求和高耗電特性，對(duì)于電池需要使用數(shù)年的測(cè)量設(shè)備來說是不切實(shí)際的。盡管如此，無處不在的Wi-Fi設(shè)備及其提供的高帶寬，使其適用于其它用途的無線工廠網(wǎng)絡(luò)（WPN）（圖1）。

圖1：無線工廠網(wǎng)絡(luò)通常包括由無線以太網(wǎng)支持和協(xié)調(diào)的多種類型的網(wǎng)絡(luò)。本文圖片來源：艾默生

Wi-Fi最常見的用途包括移動(dòng)工作者應(yīng)用程序，用于安全和安保的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及類似的應(yīng)用程序。在考慮無線工廠網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有一點(diǎn)需要注意：典型的過程工廠環(huán)境，不如家庭或辦公室那樣有利于通訊。較高的金屬密度、多種電磁噪聲源以及工業(yè)環(huán)境中各種惡劣的條件，通常要求設(shè)施或工廠中的接入點(diǎn)密度更高，特別是在噪聲源的周圍。

大多數(shù)情況下，部署無線工廠網(wǎng)絡(luò)，不僅僅是信息技術(shù)（IT）團(tuán)隊(duì)的責(zé)任。習(xí)慣于在辦公室環(huán)境中工作的安裝人員，對(duì)過程工廠中可能出現(xiàn)的問題并不是十分的了解。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可能不一致，導(dǎo)致用戶喪失對(duì)無線工廠網(wǎng)絡(luò)的信任。在設(shè)計(jì)無線工廠網(wǎng)絡(luò)時(shí)，最好聘請(qǐng)具有工業(yè)自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)在工廠設(shè)施中安裝Wi-Fi的設(shè)計(jì)要求有透徹了解的供應(yīng)商。

用于無線工廠網(wǎng)絡(luò)或在地理上分布更廣泛的網(wǎng)絡(luò)（例如市政水或電力系統(tǒng)）的Wi-Fi替代方案，包括長期演進(jìn)（LTE）和無線互操作微波接入（WiMax）。這些網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)可提供應(yīng)對(duì)覆蓋距離、帶寬、移動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)支持的不同方法。在某些情況下，部署可能需要商業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供商的參與，也可以能自行安裝和維護(hù)。不過需要注意的是，雖然LTE和WiMax適用于很多應(yīng)用場景，但并不適用于過程儀表網(wǎng)絡(luò)。

可以在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用的另一種商業(yè)協(xié)議是藍(lán)牙（Bluetooth），以及后來的低功耗藍(lán)牙（BLE）。藍(lán)牙的最初設(shè)計(jì)，旨在替代短距離、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電纜連接。在工業(yè)中的應(yīng)用，包括將筆記本電腦連接到可編程邏輯控制器，以便在沒有物理電纜的情況下進(jìn)行配置和維護(hù)，以及其它類似的短距離應(yīng)用。

>>>主要的無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)<<

支持用戶接受無線的一個(gè)積極因素，是無線現(xiàn)場儀表網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的制定。與無線過程儀表相關(guān)的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)是：ISA100.11a-用于工業(yè)自動(dòng)化的無線系統(tǒng)：過程控制和相關(guān)應(yīng)用，以及WirelessHART。雖然這些標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容大部分相同，但它們的方法存在明顯的差異。兩者都在供應(yīng)商和用戶中建立了良好的聲譽(yù)。

首先進(jìn)入市場的是WirelessHART，作為一個(gè)開放式的可互操作無線通信標(biāo)準(zhǔn)，用于滿足流程工業(yè)對(duì)于實(shí)時(shí)工廠應(yīng)用中可靠、穩(wěn)定和安全的無線通信的關(guān)鍵需求。第一批WirelessHART現(xiàn)場設(shè)備于2007年發(fā)布。為了克服工業(yè)應(yīng)用中固有的干擾問題，WirelessHART使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（圖2），其中每個(gè)設(shè)備充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的中繼器，為信號(hào)提供多條路徑來接入網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)關(guān)。

圖2：使用WirelessHART，網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備都可以用作儀表和轉(zhuǎn)發(fā)器。

由于它是由FieldComm集團(tuán)專門為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，因此任何制造商生產(chǎn)的經(jīng)認(rèn)證的設(shè)備都可以相互交互。此外，針對(duì)測(cè)量和控制應(yīng)用，對(duì)帶寬利用和安全因素也進(jìn)行了優(yōu)化。由于無線儀器通常由電池供電，因此該協(xié)議旨在最大限度地降低功耗。根據(jù)給定設(shè)備向主機(jī)提供測(cè)量更新頻率的不同，電池的使用壽命可長達(dá)10年。

ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)的制定是一個(gè)長期項(xiàng)目，直到2009年才完成。其由國際自動(dòng)化學(xué)會(huì)(ISA)下屬的ISA100工業(yè)無線委員會(huì)制定，于2014年09月獲得了國際電工委員會(huì)（IEC）的批準(zhǔn)，成為正式國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62734。ISA100系列標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了更廣泛的無線應(yīng)用，ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)是其中的一部分。ISA100.11a專門用于無線儀表。設(shè)備采用不同的方法來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化，用戶需要確定它們之間的交互方式。這需要比WirelessHART所需的自組織型網(wǎng)絡(luò)更多的網(wǎng)絡(luò)管理。

ISA100.11a設(shè)備廣泛安裝，以便現(xiàn)場設(shè)備直接與一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)通信，然后接入點(diǎn)與無線網(wǎng)關(guān)設(shè)備通信，該無線網(wǎng)關(guān)設(shè)備調(diào)度通信并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到主機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)需要提高信號(hào)可靠性時(shí)，ISA100.11a設(shè)備也可以按照在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行進(jìn)行配置，但這會(huì)縮短電池壽命。

在某些應(yīng)用中，一些低功率廣域網(wǎng)已經(jīng)獲得應(yīng)用，并獲得不同程度的成功。這些協(xié)議最初應(yīng)用于超大區(qū)域內(nèi)超低帶寬的通信，例如用于供電和供氣公司的智能功率表，這些儀表通常每天只需要發(fā)送一次更新數(shù)據(jù)。盡管它們傳輸范圍極廣，但由于只需要這些協(xié)議具有極低的帶寬和以及較慢的更新時(shí)間，因此它們并不適合大多數(shù)工業(yè)監(jiān)控應(yīng)用。

>>>無線工廠網(wǎng)絡(luò)<<<

在無線工廠網(wǎng)絡(luò)與無線儀表網(wǎng)絡(luò)協(xié)同運(yùn)行的情況下，工廠人員很快就意識(shí)到它們的諸多優(yōu)勢(shì)（圖3）。例如，利用現(xiàn)場移動(dòng)工作人員的應(yīng)用程序，工廠人員可以訪問控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過提高運(yùn)行人員和工程工作流程的效率，回路調(diào)試時(shí)間最多可以縮短50％。諸如位置監(jiān)控之類的其它應(yīng)用，可以顯著改善事故期間的整合，而且無線攝像機(jī)可以提供顯著的安全性和運(yùn)行收益。

圖3：從工廠的任何地方訪問無線網(wǎng)絡(luò)的能力提供了無數(shù)的優(yōu)勢(shì)。

從無線儀表市場的現(xiàn)狀來看，WirelessHART正逐步進(jìn)入主導(dǎo)階段。石油和天然氣、石化、電力和其它過程工業(yè)市場中的大多數(shù)大型工業(yè)用戶，已經(jīng)安裝了WirelessHART網(wǎng)絡(luò)。

>>>擴(kuò)展無線儀表的應(yīng)用<<<

第一代無線儀表全部都與過程變量有關(guān)，但用戶很快意識(shí)到所提供的附加數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和其它應(yīng)用。雖然節(jié)省布線成本仍然是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)，但無線儀表和網(wǎng)絡(luò)的最大價(jià)值在于能夠促進(jìn)普及傳感系統(tǒng)。

隨著終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)成本的下降，在很多應(yīng)用中，工廠運(yùn)營商收集數(shù)據(jù)和支持決策的能力將逐步增強(qiáng)。

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