| 近年來(lái),無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成為工控領(lǐng)域中迅速發(fā)展的熱點(diǎn)之一,也是工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品未來(lái)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。顯而易見,在配置、安裝、修改和擴(kuò)展等方面,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的成本都低于有線網(wǎng)絡(luò)。特別是通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以很方便地接入移動(dòng)設(shè)備,例如在物流過(guò)程中的裝載和運(yùn)輸如若采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò),將大大提高工作人員的工作效率和精確性。 實(shí)際上,作為一類針對(duì)某些特定應(yīng)用、采用專用通信協(xié)議的無(wú)線傳輸方案早已投用,也起到良好效果。而當(dāng)前發(fā)展的目標(biāo)是追求無(wú)線傳輸在工控領(lǐng)域的普遍應(yīng)用或成規(guī)模應(yīng)用必須解決的主要問(wèn)題,即傳輸?shù)拇_定性、可互操作性、網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)投用的適應(yīng)性等,而決非個(gè)別的解決方案。因此,發(fā)展的方向首先是通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于可用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的無(wú)線短程網(wǎng),采用的主流協(xié)議是才問(wèn)世兩三年的IEEE 802.15.4/ZigBee;而對(duì)于適應(yīng)較大傳輸覆蓋面和較大信息傳輸量的無(wú)線局域網(wǎng),采用的主流通信協(xié)議則是IEEE 802.11系列。 無(wú)線介質(zhì)不像有線介質(zhì)那樣處在一種受保護(hù)的傳輸環(huán)境之下。在傳輸過(guò)程中,它常常會(huì)衰變、中斷和發(fā)生各種各樣的缺陷,諸如頻散,多徑時(shí)延,干擾,與頻率有關(guān)的衰減、節(jié)點(diǎn)休眠、節(jié)點(diǎn)隱蔽和與安全有關(guān)的問(wèn)題等等。不過(guò)這些影響無(wú)線傳輸質(zhì)量的因素,都可以通過(guò)在ISO通信7層模型的各層中采用適當(dāng)?shù)臋C(jī)制加以克服或減輕。要注意的是,并不是所有的機(jī)制都可以與其他的機(jī)制相兼容;或者說(shuō),有可能對(duì)關(guān)鍵性能和屬性產(chǎn)生負(fù)面影響。因此,通信系統(tǒng)必須根據(jù)其具體的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)環(huán)境,對(duì)各層所采用的機(jī)制進(jìn)行組合優(yōu)化,以求得最好的綜合通信性能。 在解決了可靠、保密、克服干擾等問(wèn)題后,又開發(fā)了支持這些無(wú)線通信協(xié)議的物理層和MAC層的收發(fā)器芯片,成本也進(jìn)一步下降。加之近些年來(lái)要求設(shè)備（包括移動(dòng)設(shè)備）的無(wú)線連接的呼聲日趨強(qiáng)烈,這也使得無(wú)線系統(tǒng)的增長(zhǎng)呈指數(shù)增長(zhǎng),預(yù)示無(wú)線通信也實(shí)質(zhì)性地進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域。 現(xiàn)場(chǎng)層的無(wú)線通信 無(wú)線通信迅速進(jìn)入工控領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層,以下是近年來(lái)若干有象征意義的行動(dòng)和產(chǎn)品,其中一個(gè)突破口是現(xiàn)場(chǎng)總線和無(wú)線通信技術(shù)的結(jié)合。 （1）2004年Honeywell推出基于ZigBee無(wú)線傳輸協(xié)議的無(wú)線變送器XYR 5000系列,可精確檢測(cè)表壓力、絕對(duì)壓力、溫度,還有專為能提供4-20mA接口的各種傳感器轉(zhuǎn)為無(wú)線輸出。
（2）OMRON推出無(wú)線連接DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線主站W(wǎng)D30-ME和從站W(wǎng)D30-SE,最多可支持DI/DO各1600點(diǎn)的通信。已成功應(yīng)用于豐田汽車裝配線的控制系統(tǒng)中。
（3）德國(guó)schild knecht公司推出的無(wú)線Profibus-DP產(chǎn)品DE 3000系列,可在主站與多個(gè)從站之間建立無(wú)線鏈接。其使用的載頻為2.4GHz,數(shù)據(jù)包 187.5KB,無(wú)線通信協(xié)議分別是：IEEE 802.11b(數(shù)據(jù)傳輸率11Mbit),IEEE 802.11(數(shù)據(jù)傳輸率1Mbit),IEEE 802.15.1(數(shù)據(jù)傳輸率700Kbit)。
（4）美國(guó)ISA學(xué)會(huì)成立《SP100 用于自動(dòng)化的無(wú)線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》委員會(huì),主要面向現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備,著重在三方面制定標(biāo)準(zhǔn)：運(yùn)用無(wú)線技術(shù)的環(huán)境, 無(wú)線通信設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)的生命周期, 無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用。據(jù)悉將在2006年一季度發(fā)表文本草案。
（5）HART通信基金會(huì)投資開發(fā)新的技術(shù)能力和工具,無(wú)線HART已成為開發(fā)重點(diǎn),正在制定的新技術(shù)規(guī)范,要求HART無(wú)線通信技術(shù)保證支持產(chǎn)品的互操作性,與有線HART儀表的無(wú)縫連接,提升HART智能儀表的智能和可連接性。預(yù)計(jì)在2006年初完成規(guī)范草案,并與工業(yè)無(wú)線組織如ZigBee聯(lián)盟、SP 100無(wú)線委員會(huì)協(xié)調(diào)合作,以確保工作的連續(xù)性和均衡性。鑒于HART智能變送器是目前變送器應(yīng)用的主流（占?jí)毫�、差壓和溫度變送器銷售的96%）,且用戶都對(duì)HART變送器抱有強(qiáng)烈信心,因此無(wú)線HART協(xié)議無(wú)疑具有極好的技術(shù)前景和商業(yè)前景。 順便指出,低功耗、高可靠性的工業(yè)級(jí)的無(wú)線變送器系列,其降低能耗的潛在能力已為美國(guó)政府能源部所看好。他們希望利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛而實(shí)時(shí)地跟蹤和監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程,主要針對(duì)鋼鐵、電解鋁等6個(gè)耗能大的行業(yè),減少甚至杜絕跑冒滴漏,以獲得顯著的節(jié)能效果（能耗降低15%）。為此,2004年美國(guó)能源部投資一千萬(wàn)美元與Honeywell公司簽訂一項(xiàng)合同,繼續(xù)深入開發(fā)XYR 5000系列產(chǎn)品。 
為了在過(guò)程控制的環(huán)境下評(píng)估使用無(wú)線通信的可行性（包括通信的確定性,延長(zhǎng)電池供電壽命的技術(shù)措施,采樣時(shí)間,網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量與拓?fù)涞龋?ABB利用美國(guó)Ember公司和挪威Chipcon公司的無(wú)線技術(shù),在瑞典的Boliden加工廠等多個(gè)裝置中進(jìn)行了開環(huán)控制和閉環(huán)控制的試驗(yàn)。對(duì)于開環(huán)控制試驗(yàn)（如圖1）,要求是通過(guò)無(wú)線傳輸非過(guò)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(cè)、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。閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用的要求是：通過(guò)無(wú)線通信傳輸過(guò)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,短遲延,數(shù)據(jù)包傳送有保證;應(yīng)用范圍：制造自動(dòng)化,過(guò)程控制。試驗(yàn)證明： （1）對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),當(dāng)節(jié)點(diǎn)較少時(shí),通過(guò)網(wǎng)狀拓?fù)溥M(jìn)行5次接力（hop）,運(yùn)行結(jié)果很好,在延遲、穩(wěn)定性和功耗等方面均符合要求。 
（2）節(jié)點(diǎn)密度對(duì)數(shù)據(jù)包的傳輸存在較大影響（如圖2 ）。節(jié)點(diǎn)在50個(gè)以內(nèi),數(shù)據(jù)包時(shí)間間隔在30s以上丟包率1%以下。這表明如何讓節(jié)點(diǎn)密度、數(shù)據(jù)包間隔時(shí)間滿足應(yīng)用的要求,對(duì)ZigBee無(wú)線傳輸成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。需要進(jìn)一步研究開發(fā)的問(wèn)題有：在多跳網(wǎng)絡(luò)中保證合理的延遲,穩(wěn)健的控制算法（如為減少功耗,讓節(jié)點(diǎn)保持同步休眠的網(wǎng)絡(luò)同步算法）。 在現(xiàn)場(chǎng)層無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中,同樣屬于無(wú)線短程網(wǎng)的IEC 802.15.4/ZigBee要比IEC 802.15.1/藍(lán)牙更具廣泛的應(yīng)用前景。這主要是基于以下三個(gè)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(diǎn)的軟件開發(fā)工作量?jī)H為藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)開發(fā)的10%,其最簡(jiǎn)單的RFD節(jié)點(diǎn)的軟件開發(fā)工作量?jī)H為藍(lán)牙的2%;ZigBee的功耗遠(yuǎn)低于藍(lán)牙,這是因?yàn)榫桶l(fā)射的頻寬比來(lái)講,ZigBee為0.01,藍(lán)牙為0.99,即ZigBee的發(fā)射時(shí)間只占其周期的1%,而藍(lán)牙卻占99%;ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量遠(yuǎn)多于藍(lán)牙。 目前能夠提供的收發(fā)器并可裝載IEEE 802.15.4/ZigBee協(xié)議的芯片的主要有：美國(guó)的Freescale（MC13192,MC13193）、Ember（EM2420,EM250內(nèi)含16位微控制器內(nèi)核）,挪威的Chipcon（CC2420、CC2430內(nèi)含8位51系列微控制器內(nèi)核）等。 綜上所述,我們可以描繪這樣一個(gè)無(wú)線傳輸在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層開發(fā)應(yīng)用的全景,即從協(xié)議到芯片、從芯片到開發(fā)系統(tǒng)、從開發(fā)系統(tǒng)到樣機(jī)或產(chǎn)品開發(fā)、從樣機(jī)到無(wú)線傳輸系統(tǒng)、再?gòu)臒o(wú)線傳輸系統(tǒng)到工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn),一切都在積極有序地推進(jìn)著。 用于工業(yè)控制領(lǐng)域的無(wú)線局域網(wǎng)WLAN 一如以往所有的IT技術(shù)移植到工控應(yīng)用中來(lái)所采取的方法一樣,用于工業(yè)控制領(lǐng)域的無(wú)線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)是IT行業(yè)的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。但必須在此基礎(chǔ)上充分考慮在工控應(yīng)用中的特別要求,開發(fā)滿足這些要求的技術(shù)、規(guī)范和行規(guī)。 WLAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11系列還在發(fā)展中,已完成的有: 
除此而外,還有涉及安全的：802.11i 安全擴(kuò)展;涉及性能增強(qiáng)的：802.11e MAC層 |
66821730(技術(shù)支持)
