无线通信技术在工业自动化领域中的应用及发展

1、无线通信技术在工业自动化领域中的应用及发展无线通信技术在工业自动化领域中的应用及发展无无线通信技术在工业自动化领域中的应用及发展 线网络是利用无线电波而非线缆来实现与计算机设备位置无关 的网络数据传输系统 . 随 着计算机网络 , 无线与智 能传感器技术的相互渗 透,结合, 产生了基于无 线技术的网络化智能传感 器的全新概念 . 这种基于 无线技术的网络化智能传本文作者胡海兰女士 感器, 使得工业现场的数据能够 通过无 线链路直接在网络上传输 , 发布和共 享. 无线通信技术能够在工厂环境下 , 为 各种智能现场设备 , 移动机器人以及各 种自动化设备之间的通信提供高带宽的 无线数据链路和灵活

2、的网络拓扑结构 , 在一些特殊环境下有效地弥补了有线网 络 的不足 , 进一步完善了工业控制网络 的通信性能 .无线通信技术与 ZigBee目前, 在工业自动化领域中无线通 信技术协议主要是 :对于可用于现场设 备层的无线短程网 , 采用的主流协议是 IEEE80215.4(ZigBee): 对于大数据容 量的短程无线通信 , 则是 IEEE802.15.3:而对于适应较大传输覆盖面和较大信息 传输量的无线局域网 , 采用的是 IEEE 802.11 系列. 其中应用的重点是无线短 程网和无线局域网 .无线短程网 ( 传感器网络 ,Sensor Networks) 现场设备层无线通信迅速进入

3、工 控领域. 其中一个突破El 是现场总线和无线通信技术的结合 . 以 ZigBee 网络为例 . 其特点是 :(1) 功耗低: 由于采用休眠模式工作周期较短 , 收发信息功耗较低 :(2) 数据传输可靠性高: 采用碰撞避免机制 .同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙 , 避免了发送数据 时的竞争和中突 :(3) 网络容量大:1个ZigBee网络可 容纳最多65536个从设备和1个主设备 1 个区域内可同时存在最多 100 个 ZigBee网络:(4) 时延小 : 针对时延敏感的应用做了优化 ,通信时延和休眠状态激活的 时延都非常短 . 设备搜索时延典型值为 30ms休眠激活时延典型值为

4、15ms.活动设备信道接入时延为15ms: 兼容性：通过网络协调器(Coor dinator)自 动建立网络 ,采用 CSMA CA 方式进行信道存取 . 为了可靠传递 ,提 供全握手协议 : 可与现有的控制网络标 准无缝集成 :(6) 安全性 :ZigBee 提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用AES 128,同时各个应用可灵活确定其安全属性 :(7) 实现成本低 : 模块的初始成本较低.典型的产品和应用为 :2004 年胡海兰朱晓华关键词 : 无线通信胡海兰女士 . 兰州石化公司研究院高级工程师 : 朱晓华先生 . 兰州石化公司基地 服务事业部 高级工程师 .?Honeywell推

5、出的基于ZigBee无线传输协议的无线变送器XYR500C系列： Omron的无线链接DeviceNet现场总线主 站 WD3一 ME和从站 WD3一 SE;德国 SchildKnecht公司推出的无线 Profibus DP产品DE3000系列:ABB在瑞典的 Boliden加工厂利用Ember的无线技术进行的无线通信评估试验.二无线局域网自从 1977 年第一个民用网系统ARC net投入运行以来，有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势 获得了成功 , 并得到了迅速发展 . 然而, 在工业现场 , 一些工业环境禁止 , 限制 使用电缆或很难使用电缆 , 有线局域网 很难 发挥出作用

6、 , 因此无线局域网技术 得到了发展和应用 . 随着微电子技术的 不断发展 , 无线局域网技术将在工业控 制网络中发挥出越来越大的作用 . 在工 业自动化领域 , 有成千上万的感应器 , 检测器 , 计算机 ,PLC, 读卡器等设备 , 需要互相连接形成一个 控制网络,通常 这些设备提供的通信接口是 RS一 232或RS 一 485.无线局域网设 备使用隔离型信 号转换器,将工业设备的RS一 232串1:3信 号与无线局域网及以 太网络信号相互转无线通信技术在工业自动化领域中的应用及发展网络与置信换，符合无线局域网IEEE802.11b和以 太网络IEEE8023标准，支持标准的TCP/IP网

7、络通信协议,有效的扩展了工 业设备的联网通信能力无线网通信协议可采用 IEEE802.3 来实现点对点传输方式或采用IEEE80211实现一点对多点传输方式，也可在普通局域网基础上通过无线 Hub, 接入站,网桥,Modem及网卡等来实现，其中现场以无线网卡使用最为普遍.利用无 线局域网组建自动化工业网 络. 相比之下具有有线固定网络无法比拟的优势 :(1) 无线网络拓扑更适合工业网络 应用：支持RS 232工业设备点到点的连接.支持广播的拓扑多个RS一 232工业 设备可组成对等网络相互通信(RS 一 232 通信协议无法支持多点通信).客户机/服务器的拓扑，每个RS一 232工业设备都 可

8、以方便,快捷地接入无线网络中 ,极 大地提高了信息处理能力 .(2) 无需布线 , 省去了施工的麻烦 ： 无线局域网利用无线电波传输数据信号 , 适 合在难于布线的环境中搭建数据传输 网络.在工业现场 ,铺设的线缆容易受 到频繁 的触碰损坏,无线网络则保证了 网络的安全性 .(3) 覆盖范围广 ： 无线局域网在开放空间覆盖半径达550m室内一般覆盖半径为300,400m,通过室外无线设备 传输距离可达几十公里 .现主要应用在远程视频传输 , 门禁/考勤管理系统 ,安防管理系统 ,生 产设备联网自动化 ,电信/光纤网络监 控, 医疗/实验仪器联网自动化 , 工业/ 流程联网控管等领域 .三ITI

9、,I牙技术一 /JJ凡,1,蓝牙 (Bluetooth) 是由东芝 , 爱立信,IBM,Intel和诺基亚于1998年5月共 同提出的近距离无线数字通信的技术 标 准 .蓝牙作为一种新的短距离无线通信 技术标准 , 受到全世界越来越多工业界 生 产厂家和研究机构的广泛关注 .近年 来, 世界上一些权威的标准化组织 , 也 都在关 注蓝牙技术标准的制定和发展 . IEEE 的标准化机构 .也已经成立了 802.15 工作组, 专门关注有关蓝牙技术 标准的兼容和未来的发展等问题 .IEEE 802,15.2TG2是探讨蓝牙如何与IEEE 802,11b无线局域网技术共存的问题：而IEEE802.1

10、5.3TG3U是研究未来蓝牙技术向更高速率 （如 10,20Mb/s） 发展的 问题.国内的一些生产厂家与研究部门 也 准备开始组织蓝牙技术产品的开发 . 蓝牙是取代数据电缆的短距离无线 通信技术 , 可支持物体与物体之间的通 信,工作频段是全球开放的24GHz频 段,可同时进行数 据和语音传输，传输 速率可达到1OMb/s，使得在其范围内的 各种信息化设备都能 实现无缝资源共享 . 蓝牙技术的应用非常广泛而且极具潜力 . 它可应用于无线设备（手机）, 图像处理 设备（照相机, 打印机, 扫描仪）, 安全 产品（智能卡, 身份识别, 安 全检查）,消 费娱乐（MP3，游戏），汽车产品（GPS,

11、 ABS,动力系统，安全气袋），家用电 器 （ 电视机 , 电冰箱 , 电烤箱 ）, 医疗健身 ,建筑 , 玩具等领域 .四发展方向（1） 当前重要的发展方向是通信协性（Coexiste nee）,不同厂家设备的些都有赖于制定能被普遍接受的无线（2） 无线局域网今后的研究方向主议的标准化 . 如无线系统与现有系统的 共存 相互可操作性及系统之间的相互协作性 , 这 通信协议.要集中在安全性 , 可靠性, 能耗性 , 移动 漫游, 网络管理以及与其他移动通信系 统之间的关系等问题上 .其发展方向 有： 更高的通 信速率 : 研发智能天线 , 进一步提高频谱利用率 , 增加覆盖范 围: 与微波存取

12、全球互 通融合 , 支持高 速, 移动接入 .(3) 现场总线的无线传输的可行性 正在评估 , 无线通信技术将会和现场总 线技 术更加紧密结合 .(4) 无线传输目前尚处在发展的早 期阶段 . 无线技术首先在楼宇自动化 , 自动 抄表, 事故响应 , 设备监控等领域 得到应用 . 目前较适宜应用的行业有 : 汽车制造 , 食品加工 , 制药和设备资产 跟踪等 .(5) 由于工厂无线技术种类较多 , 技术特征差异比较大 , 无线通信只是现 有有 线通信系统的一种发展和重要补充 , 决非一种替代 , 工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展 .五结束语近年来 , 以太网 , 互联网等网络架 构已越来越广泛地应用于自动化工业领域,取代传统的串口通信将成为自动化 系统通信的主流 . 无线局域网技术在工 业控制 中的应用 , 主要包括数据采集 , 视频监控等 , 帮助用户实现移动设备与 固定网络的 通信或移动设备之间的通信 . 它适用于各种工业