工業(yè)自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線通信的新近動態(tài)和標準進展

發(fā)布時間：2016-09-02 16:14

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工業(yè)自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線通信的新近動態(tài)和標準進展

發(fā)布時間：2008-02-06 作者：彭瑜

摘要：關注工業(yè)自動化一定會關注無線通信在工業(yè)廣泛領域的應用前景。而無線通信涉及的技術極其廣泛和復雜。其中，由于無線傳感器網(wǎng)絡是工業(yè)測量控制的基礎性技術，所以才引起了眾多科技工作者持久的研究開發(fā)熱情。本文想就這方面的應用進展和相關標準的開發(fā)作一概述。文中引用的材料一部分來源于有關的自動化網(wǎng)站，一部分來源于一些國際性自動化技術協(xié)會如HART通信基金會的內部文件。當然，經(jīng)過作者的消化、整理和理解，不免帶有作者自己在近些年在此領域做了一些研究之后形成的看法和傾向。

工業(yè)自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線通信的新近動態(tài)和標準進展

器之間提供冗余、容錯的無線連接的嵌入式通信產品。目前WSN正處在發(fā)展階段，遠未成熟。打上WSN標簽的產品除了能提供冗余、容錯的無線連接外，還有遠遠超過傳統(tǒng)的點對點的解決方案的特性：自組網(wǎng)、低功耗和低安裝成本，等等。WSN具有自組織(self-organizing)和自愈(self-healing)智能，因此當WSN中的任意節(jié)點發(fā)生故障，或從網(wǎng)絡中退出，WSN會將這個別節(jié)點從網(wǎng)絡中隔開，并另行建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚�，保證高度的傳輸可靠性。理想的WSN中每個節(jié)點都能實現(xiàn)低功耗，獨立供電；能適應環(huán)境的變化，能以零維護保證長期穩(wěn)定工作。
　　
2 ISA SP100—自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線系統(tǒng)的標準

　美國儀表系統(tǒng)和自動化學會的ISA SP100標準委員會正在加緊制定自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的標準，推薦實踐指南、技術報告和相關的信息。標準主要面向現(xiàn)場儀表和設備。著重在三方面予以規(guī)范：①運用無線技術的環(huán)境， ②無線通信設備和系統(tǒng)技術的生命周期CONTROL ENGINEERING China版權所有， ③無線技術的應用。

* 屬于監(jiān)控的第5類應用，是指不產生直接操作結果的數(shù)據(jù)和消息，譬如歷史數(shù)據(jù)的采集，為預防性維護而必須進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，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類應用，是指通過無線傳輸那些只在短時間內產生操作結果的數(shù)據(jù)和消息，例如基于事件的維護而必須采集的數(shù)據(jù)，為測試需要而發(fā)往現(xiàn)場的限界動作所產生的臨時而短暫的結果，無線設備上的電壓低限指示器所產生的告知更換電池的信號等等。

* 第2類閉環(huán)監(jiān)督控制，，通常并非關鍵部位，如不頻繁的串級控制，多變量控制、優(yōu)化控制所形成的設定值等。

* 第1類閉環(huán)調節(jié)控制，一般均為關鍵回路，如現(xiàn)場執(zhí)行器的直接控制，頻繁的串級控制等。

* 第0類恒為關鍵的緊急行動，包括安全聯(lián)鎖，緊急停車，自動消防控制等。

表1 SP100在工業(yè)自動化和控制環(huán)境中的六類無線應用：

工業(yè)自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線通信的新近動態(tài)和標準進展如圖

　至于通過無線通信傳輸?shù)膱缶盘�，也根�?jù)具體應用場合分屬以上由0類至5類。例如：0類報警是指那些具有自動響應的、致命有毒氣體的泄漏檢測器信號（如對污染的自動響應）；1類報警是指具有自動響應的、對流程狀態(tài)會帶來高度（見圖1）影響的信號（如自動停止反應的停車信號）；2類報警是指對流程狀態(tài)自動響應的信號（如要對某種參與反應的流體做分流處理）；3類報警是指對流程狀態(tài)作手動啟動的操作響應的信號（如由操作人員判斷是否分流至另一并行的反應器）；4類報警是指有關設備狀態(tài)的報警，以通知維護人員在短時間內到達現(xiàn)場；5類報警指那些有關設備狀態(tài)的報警，要求維護人員采取長期維護的動作。

　英國石油公司（BP）在經(jīng)過相當規(guī)模和許多不同的應用場合的無線通信試驗后其負責主持試驗的CTO指出：實際對這些類別（不包括0類）的應用需求，大致是按以下的比例 1：2：4：10：10（見圖1）。這就是說，第四、五類應用是大量的，如隊狀態(tài)（振動，溫度/壓力）監(jiān)控；性能（熱交換，環(huán)境狀態(tài)、機械運行狀態(tài)）監(jiān)控。第三類應用（開環(huán)控制）也有需求。至于第二類和慢速第一類應用，將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，而逐漸有所應用，以利于更多地引導對此類應用的要求。

　 SP 100 還對無線通信在工業(yè)環(huán)境下的應用就成本、兼容性和系統(tǒng)的可擴可縮、性能、信息安全現(xiàn)場設備的就地接入，以及服務質量等作了明確規(guī)定（見表2）。
　　

工業(yè)自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線通信的新近動態(tài)和標準進展如圖