工业自动化和控制环境下实现无线通信的新近动态和标准进展

发布时间：2016-09-02 16:14

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工业自动化和控制环境下实现无线通信的新近动态和标准进展

发布时间：2008-02-06 作者：彭瑜

摘要：关注工业自动化一定会关注无线通信在工业广泛领域的应用前景。而无线通信涉及的技术极其广泛和复杂。其中，由于无线传感器网络是工业测量控制的基础性技术，所以才引起了众多科技工作者持久的研究开发热情。本文想就这方面的应用进展和相关标准的开发作一概述。文中引用的材料一部分来源于有关的自动化网站，一部分来源于一些国际性自动化技术协会如HART通信基金会的内部文件。当然，经过作者的消化、整理和理解，不免带有作者自己在近些年在此领域做了一些研究之后形成的看法和倾向。

工业自动化和控制环境下实现无线通信的新近动态和标准进展

器之间提供冗余、容错的无线连接的嵌入式通信产品。目前WSN正处在发展阶段，远未成熟。打上WSN标签的产品除了能提供冗余、容错的无线连接外，还有远远超过传统的点对点的解决方案的特性：自组网、低功耗和低安装成本，等等。WSN具有自组织(self-organizing)和自愈(self-healing)智能，因此当WSN中的任意节点发生故障，或从网络中退出，WSN会将这个别节点从网络中隔开，并另行建立数据传输的路由，保证高度的传输可靠性。理想的WSN中每个节点都能实现低功耗，独立供电；能适应环境的变化，能以零维护保证长期稳定工作。
　　
2 ISA SP100—自动化和控制环境下实现无线系统的标准

* 属于监控的第5类应用，是指不产生直接操作结果的数据和消息，譬如历史数据的采集，为预防性维护而必须进行的周期性采集的数据，事件顺序记录数据的上传（这类似于文件传递，不能因通信类型而发生数据丢失，但又非像控制信号那样必须考虑时间性），其它的上装和下载。

* 属于监控的第4类应用，是指通过无线传输那些只在短时间内产生操作结果的数据和消息，例如基于事件的维护而必须采集的数据，为测试需要而发往现场的限界动作所产生的临时而短暂的结果，无线设备上的电压低限指示器所产生的告知更换电池的信号等等。

* 第2类闭环监督控制，，通常并非关键部位，如不频繁的串级控制，多变量控制、优化控制所形成的设定值等。

* 第1类闭环调节控制，一般均为关键回路，如现场执行器的直接控制，频繁的串级控制等。

* 第0类恒为关键的紧急行动，包括安全联锁，紧急停车，自动消防控制等。

表1 SP100在工业自动化和控制环境中的六类无线应用：

工业自动化和控制环境下实现无线通信的新近动态和标准进展如图

　至于通过无线通信传输的报警信号，也根据具体应用场合分属以上由0类至5类。例如：0类报警是指那些具有自动响应的、致命有毒气体的泄漏检测器信号（如对污染的自动响应）；1类报警是指具有自动响应的、对流程状态会带来高度（见图1）影响的信号（如自动停止反应的停车信号）；2类报警是指对流程状态自动响应的信号（如要对某种参与反应的流体做分流处理）；3类报警是指对流程状态作手动启动的操作响应的信号（如由操作人员判断是否分流至另一并行的反应器）；4类报警是指有关设备状态的报警，以通知维护人员在短时间内到达现场；5类报警指那些有关设备状态的报警，要求维护人员采取长期维护的动作。

　英国石油公司（BP）在经过相当规模和许多不同的应用场合的无线通信试验后其负责主持试验的CTO指出：实际对这些类别（不包括0类）的应用需求，大致是按以下的比例 1：2：4：10：10（见图1）。这就是说，第四、五类应用是大量的，如队状态（振动，温度/压力）监控；性能（热交换，环境状态、机械运行状态）监控。第三类应用（开环控制）也有需求。至于第二类和慢速第一类应用，将随着用户不断取得经验，在对传输延迟、信息安全和稳健性（robustness）等有更好了解之后，而逐渐有所应用，以利于更多地引导对此类应用的要求。

　 SP 100 还对无线通信在工业环境下的应用就成本、兼容性和系统的可扩可缩、性能、信息安全现场设备的就地接入，以及服务质量等作了明确规定（见表2）。
　　

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