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工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信的新近動(dòng)態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間：2016-09-02 16:14

本文關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信的新近動(dòng)態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信的新近動(dòng)態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間：2008-02-06 作者：彭瑜

摘要：關(guān)注工業(yè)自動(dòng)化一定會(huì)關(guān)注無(wú)線(xiàn)通信在工業(yè)廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用前景。而無(wú)線(xiàn)通信涉及的技術(shù)極其廣泛和復(fù)雜。其中，由于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)測(cè)量控制的基礎(chǔ)性技術(shù)，所以才引起了眾多科技工作者持久的研究開(kāi)發(fā)熱情。本文想就這方面的應(yīng)用進(jìn)展和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)作一概述。文中引用的材料一部分來(lái)源于有關(guān)的自動(dòng)化網(wǎng)站，一部分來(lái)源于一些國(guó)際性自動(dòng)化技術(shù)協(xié)會(huì)如HART通信基金會(huì)的內(nèi)部文件。當(dāng)然，經(jīng)過(guò)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(lǐng)域做了一些研究之后形成的看法和傾向。

工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信的新近動(dòng)態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

器之間提供冗余、容錯(cuò)的無(wú)線(xiàn)連接的嵌入式通信產(chǎn)品。目前WSN正處在發(fā)展階段，遠(yuǎn)未成熟。打上WSN標(biāo)簽的產(chǎn)品除了能提供冗余、容錯(cuò)的無(wú)線(xiàn)連接外，還有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(dāng)WSN中的任意節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，或從網(wǎng)絡(luò)中退出，WSN會(huì)將這個(gè)別節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中隔開(kāi)，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(gè)節(jié)點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)低功耗，獨(dú)立供電；能適應(yīng)環(huán)境的變化，能以零維護(hù)保證長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。
　　
2 ISA SP100—自動(dòng)化和控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)

　美國(guó)儀表系統(tǒng)和自動(dòng)化學(xué)會(huì)的ISA SP100標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)正在加緊制定自動(dòng)化和控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，推薦實(shí)踐指南、技術(shù)報(bào)告和相關(guān)的信息。標(biāo)準(zhǔn)主要面向現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備。著重在三方面予以規(guī)范：①運(yùn)用無(wú)線(xiàn)技術(shù)的環(huán)境， ②無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)的生命周期CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有， ③無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用。

SP100將在工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境中的無(wú)線(xiàn)應(yīng)用劃分為監(jiān)控、控制和安全應(yīng)用三大類(lèi)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，有細(xì)分為六小類(lèi)（見(jiàn)表1）。這種分類(lèi)既考慮無(wú)線(xiàn)通信在實(shí)際使用條件下必須滿(mǎn)足的要求，又體現(xiàn)了這些無(wú)線(xiàn)通信應(yīng)用的時(shí)間屬性。

* 屬于監(jiān)控的第5類(lèi)應(yīng)用，是指不產(chǎn)生直接操作結(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(lèi)似于文件傳遞，不能因通信類(lèi)型而發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，但又非像控制信號(hào)那樣必須考慮時(shí)間性），其它的上裝和下載。

* 屬于監(jiān)控的第4類(lèi)應(yīng)用，是指通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸那些只在短時(shí)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(cè)試需要而發(fā)往現(xiàn)場(chǎng)的限界動(dòng)作所產(chǎn)生的臨時(shí)而短暫的結(jié)果，無(wú)線(xiàn)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(hào)等等。

* 第3類(lèi)開(kāi)環(huán)控制是指在回路中還有人在起著作用控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，例如操作人員手動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)信號(hào)裝置且注視著這個(gè)裝置，遠(yuǎn)程指導(dǎo)開(kāi)啟一個(gè)安全門(mén)，操作人員執(zhí)行手動(dòng)調(diào)節(jié)泵/閥門(mén)等。

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

* 第1類(lèi)閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，一般均為關(guān)鍵回路，如現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器的直接控制，頻繁的串級(jí)控制等。

* 第0類(lèi)恒為關(guān)鍵的緊急行動(dòng)，包括安全聯(lián)鎖，緊急停車(chē)，自動(dòng)消防控制等。

表1 SP100在工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境中的六類(lèi)無(wú)線(xiàn)應(yīng)用：

工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信的新近動(dòng)態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展如圖

　至于通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信傳輸?shù)膱?bào)警信號(hào)，也根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合分屬以上由0類(lèi)至5類(lèi)。例如：0類(lèi)報(bào)警是指那些具有自動(dòng)響應(yīng)的、致命有毒氣體的泄漏檢測(cè)器信號(hào)（如對(duì)污染的自動(dòng)響應(yīng)）；1類(lèi)報(bào)警是指具有自動(dòng)響應(yīng)的、對(duì)流程狀態(tài)會(huì)帶來(lái)高度（見(jiàn)圖1）影響的信號(hào)（如自動(dòng)停止反應(yīng)的停車(chē)信號(hào)）；2類(lèi)報(bào)警是指對(duì)流程狀態(tài)自動(dòng)響應(yīng)的信號(hào)（如要對(duì)某種參與反應(yīng)的流體做分流處理）；3類(lèi)報(bào)警是指對(duì)流程狀態(tài)作手動(dòng)啟動(dòng)的操作響應(yīng)的信號(hào)（如由操作人員判斷是否分流至另一并行的反應(yīng)器）；4類(lèi)報(bào)警是指有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的報(bào)警，以通知維護(hù)人員在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)；5類(lèi)報(bào)警指那些有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的報(bào)警，要求維護(hù)人員采取長(zhǎng)期維護(hù)的動(dòng)作。

　英國(guó)石油公司（BP）在經(jīng)過(guò)相當(dāng)規(guī)模和許多不同的應(yīng)用場(chǎng)合的無(wú)線(xiàn)通信試驗(yàn)后其負(fù)責(zé)主持試驗(yàn)的CTO指出：實(shí)際對(duì)這些類(lèi)別（不包括0類(lèi)）的應(yīng)用需求，大致是按以下的比例 1：2：4：10：10（見(jiàn)圖1）。這就是說(shuō)，第四、五類(lèi)應(yīng)用是大量的，如隊(duì)狀態(tài)（振動(dòng)，溫度/壓力）監(jiān)控；性能（熱交換，環(huán)境狀態(tài)、機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)）監(jiān)控。第三類(lèi)應(yīng)用（開(kāi)環(huán)控制）也有需求。至于第二類(lèi)和慢速第一類(lèi)應(yīng)用，將隨著用戶(hù)不斷取得經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)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(duì)此類(lèi)應(yīng)用的要求。

　 SP 100 還對(duì)無(wú)線(xiàn)通信在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用就成本、兼容性和系統(tǒng)的可擴(kuò)可縮、性能、信息安全現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的就地接入，以及服務(wù)質(zhì)量等作了明確規(guī)定（見(jiàn)表2）。
　　

工業(yè)自動(dòng)化和控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信的新近動(dòng)態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展如圖