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概述

部件選擇同技術選擇同樣重要。 對于無線現場網絡而言，您選擇的部件會對網絡的可靠性、功耗以及安全性產生深刻的影響。

任何網絡，不論有線無線，都要有信號源來發送信號，有媒介傳遞信號，有接收器來接收信號，然后要利用信號做點兒什么。
在傳統的過程自動化領域，網絡的結構是由現場設備來發送數據，再經過電纜傳送到主機系統，例如DCS或PLS等。 而無線網絡的絕大部分數據都是通過無線電波來進行傳輸的，這就要求在網絡構成部件方面有所變化，例如添加無線收發裝置和天線等等。

在本課程中您將會學習如何為無線網絡選擇構成部件。
 
無線現場設備，用于收集并發送數據
 
網關， 提供無線設備和主機系統之間的結合界面
 
主機系統，接收并管理來自于無線網絡的信息。
 
 
由于自組織網絡是工廠內無線現場網絡的首選技術，所以我們將主要介紹這些部件在自組織網絡中的應用。 本課程不包括例如手持通信裝置、PDA、移動工作人員使用的平板電腦等無線過程控制網絡接入設備。

 提示
在您閱讀本課程內容的同時，請別忘了留意下面這些問題的答案：
 
無線現場網絡的組成部件都有哪些？
 
我對于無線現場設備都應該有哪些方面的考慮？
 
什么是網關？
 
我如何才能將來自于無線現場網絡的信息整合到現有的主機系統中？
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下一節：無線設備
無線設備

無線現場設備包含兩個部分：一是傳統的傳感器，用來收集數據，另外一個是無線收發裝置，用于發送和接收數據。

雖然有些無線設備是用有線電源給無線收發裝置和傳感器進行供電的， 但“真正無線”的設備并不使用電線來進行通信和供電。 電池是最常見的電源。 但是有些設備還可以利用能量收集技術，將環境當中的能量――例如太陽能、熱能或者振動能轉變為電能加以利用。這就大大降低了對電池電源的依賴性，也因此降低了與更換電池相關的長期維護費用。 （關于電源方面的更多內容，請參考電源管理課程）

無線設備有哪些方面需要考慮？
 
內置式路由器。 自組織網絡中的設備并不僅僅是發送測量數據的終點， 它們還同時作為路由器將數據轉發給其他附近的設備。 網絡中這樣的設備越多，潛在的通信路徑也就越多――網絡也就越可靠。
 
低功率設計。 選擇設計的功耗較低，又能提供合適的信號強度、更新率和可靠性的無線設備。通常將傳感器和無線收發裝置的電子部分集成在一起的設備，其整體功耗最低。
 
多數據設備類型。除了要發送基本的過程變量（PV）信息之外，設備還應該能同時傳達HART命令和與事件相關的通知，例如警報、報警和組態參數等等。有些無線設備具有內置式診斷部件，能夠探測甚至預測設備、無線收發裝置和電池故障――從而減少工作人員親臨現場進行設備檢查的次數，并增加您對網絡的信心。
 
較低的等待時間。等待時間指數據從信號源到達終點的時間。對某些類型的應用來說，過長的等待時間可能會導致信號抵達的時間太遲而無法再行使用。 應確保選用的設備不會超過應用中指定的等待時間。 同時為了幫助對網絡故障進行處理，您還應能夠根據需要獲取關于實際等待時間的信息。
 
同步與時間標志。 選擇的無線設備應能同網絡時鐘同步并且對所有信息進行時間標記。

除了要保證時間標記的一致性之外，網絡時鐘同步還可以使所有的設備都按照預定的時間來發送和接收信息。

時間標記使網絡可以識別等待時間的長短，并做出補償；同時 提供工具來驗證信號是否已經發送成功而且未遭更改。還可用于在記錄保管方面提供幫助，例如為保證同監管法規的一致性而做的記錄。
 
靈活的通信定時。 無線設備應能支持多種測量數據的采樣和報告時間的間隔。 這是由于在自組織網絡內它們不但要發送來自于自有傳感器的數據，同時還要發送來自于同一網絡內其他設備的數據。 理想的無線設備應該能夠按照從數秒每次到每天一次的時間間隔來進行報告。
 
支持數據“儲存和轉送”的傳輸方式。 在自組織網絡內，每個節點都不僅僅傳送自己的數據，也傳送來自于相鄰設備的數據。 通過儲存和轉送方式，信息可以在中間節點內進行短暫的儲存和處理，然后才按照預定的通信時間將他們轉送到目的地。 這種可選擇的數據傳送方式減少了功率損耗，又使得帶寬效率得以提高。
 
設計安全。設備應提供信號鑒定、驗證以及關鍵管理――而且應該在進入設備之前進行。
 
能支持多種拓撲結構。 無線設備應具有內在的智能和靈活性，以便可以在任何給定的時刻根據需要自動成為星狀、網狀或者簇－樹狀拓撲結構――或者這三種結構――的一部分，從而獲得最佳網絡效率。
 
支持行業標準。 為了順利整合和兼容性的目的――即使您的需要將來有所改變――請選擇可以支持新興的過程自動化無線標準的設備。
 
易于安裝。 即使標準有線儀器的安裝也是一個復雜的工作。 選擇無線設備，應用同有線的儀器設備同樣的傳感器過程連接和程序，可以降低安裝費用，并減少錯誤的發生。
 
 
艾默生公司的優勢

艾默生智能現場設備――無線和有線設備――都將同類中最好的傳感器技術同診斷功能相結合，幫助您在故障可能危害操作之前對其進行辨別甚至預測。我們供應的無線設備在經過優化后功耗較低，并包括一套完整的安全功能，以保證較小的運行風險。

下一節: 網關

網關

在無線世界里，網關用來為無線現場設備和主機系統之間提供一個結合界面。

網關應能保證來自于無線網絡的數據可以無縫整合到系統之中，這些系統包括現有的控制系統，歷史記錄器，或者其他的主機等等。 經過整合之后，您可以利用已有的工具來管理測量點，收集數據并對信息進行處理――而不用區別這些數據到底來自于有線還是無線網絡。
關于網關有哪些方面應加以考慮？
 
同現有的系統和網絡之間的兼容性。 由于網關可能需要將來自無線設備的數據同數據收集系統（DCS）、歷史數據記錄器或一些其他的系統進行整合，所以能夠支持若干個連接線路，以便于為不同類型的主機提供接口就顯的非常重要。

網關的工作應該富有效率。 如果在同一區域內還有其他的無線網絡存在，也不應該對網關的功耗和可靠性產生較大的影響。
 
設計安全。選擇從設計上支持信息的鑒定、核實和關鍵管理等先進安全策略的網關可以減少潛在的風險。

如果網關提供無線以太網輸出，它還應該支持有關的安全標準，例如HTTPS（一種安全網絡界面），SSH(一種安全外殼)，和VPN（一種安全鏈接）等等。

如果想要網絡更加安全，可以使用一種“控制訪問”的網關，以限制用戶訪問和他們能夠執行的任務的種類。
 
自我故障恢復能力。 自組織無線網絡中的設備可以通過自動更改傳輸頻率或者路徑來“治愈”通信中斷故障。網關應能適應這兩種故障恢復的方式。
 
支持多種拓撲結構。 同自組織網絡中其他的節點一樣，網關應該能夠按需自動成為星狀、網狀或簇－樹狀拓撲結構的一部分。
 
可擴展性。 選擇合適的網關，使您在任何時間都可以很容易地增加設備。
 
診斷信息。 網關應能提供網絡統計和診斷數據，以便為網絡的安裝、故障處理和維護提供幫助。 應該便于訪問的信息包括：
? 哪一個設備處在工作狀態
? 每一條通道的路徑統計
? 端對端信息傳輸的可靠性
? 無線信號強度指示（RSSI）
? 每個通信路徑單獨部分的鏈接質量指標。
艾默生公司的優勢

艾默生公司生產的1420 智能無線網關經過特別設計，可以滿足過程自動化應用中的苛刻要求――這種網關特別增加的智能可以幫助您充分利用無線自組織網絡的優點。 網關的功能包括：
 
方便易用的安全功能，包括自動化的關鍵旋轉功能；支持有線和無線的以太網驗證方法。
 
支持一系列廣泛的通信協議，簡化同老式主機系統的整合，包括
? 用于DCS和PLC 的Modbus/RTU和 Modbus/TCP協議
? 用于歷史數據記錄器和人機接口（HMIS）的OPC協議
? 用于資產管理系統和基于工廠局域網的其他應用的Ethernet協議
? 用于配置和簡單監測的網絡界面HTTP協議
? 用于成批數據轉移的XML和CSV協議
 
提供現場設備診斷數據，例如電池電壓，報警指示，以及網絡統計數據等等。
 
嵌入式網絡服務器，可用于基于瀏覽器的組態、診斷、設備操作信息和關鍵管理工具等。
 
為自組織網絡提供支持，包括自我故障恢復和自組織能力，網絡擴展方便而無需重啟或重新配置。
 
可以進行無縫整合，無專用軟件或者非標準主機硬件修改的要求。
 
 

下一節: 主機系統

主機系統

大部分人都會通過主機系統來訪問并使用來自無線網絡的信息。 主機系統可能是DCS、PLC、SCADA系統、資產管理應用系統、歷史數據記錄器，或者網絡接口等等。
在一個整合良好的主機系統中，無論數據來自于有線還是無線系統，它們看上去都是一樣的。除此之外，主機系統應能很容易地整合來自于無線設備的增量數據。通過系統，您可以對無線設備進行組態，訪問網絡和設備診斷信息，一切都同今天您對有線設備和網絡的操作一樣。

有些無線網絡甚至能為多個主機系統提供數據。主機的類型將決定網關和主機之間連接的方式。

例如，許多現代的控制系統和過程控制網絡之間通過以太網進行通信，這使得和同樣支持以太網的網關之間的整合變得輕而易舉。 這種網關到主機之間的連接既可以是無線方式，也可以是有線方式（包括光纖方式）。

要將數據整合到老式的、不支持Ethernet、OPC或者Modbus TCP協議的DCS 或PLC主機中，將要求使用Modbus RTU方式連接。RTU是一種基于串行通信方式的，最常見的Modbus協議， Modbus RTU 協議還支持HMI（人機接口）應用。

歷史數據記錄器和許多其他的應用都可以按照OPC協議（過程控制的對象鏈接嵌入）進行連接。 OPC協議是一種廣泛應用的實時數據交換工業標準。這種應用可以為用戶提供在操作、維護和工程方面的信息，同時避免將對于控制和安全并非十分關鍵的數據發送給數據收集中心（DCS）。
艾默生公司的優勢
作為自動化體系固有的一部分，艾默生推出的DeltaV 過程自動化系統是業內首個數字自動化系統，支持標準平臺和開放協議。 多年以來，通過這個系統我們使用類型齊全的無線技術方案為我們的客戶提供支持，并同他們保持方便的聯系。
下一節: 數據管理
數據管理

無線網絡可以提供必要的數據，讓您對自己的操作有一個更加清楚的了解。趨勢判斷、歷史數據記錄以及其他形式的數據管理可以為您提供信息，幫助您找到一種更加有效的方案來經營工廠和管理資產。

所有的數據管理應用都應能接受來自無線系統的數據。 例如通過資產管理軟件您可以訪問以無線方式發送的設備診斷信息，這跟訪問以有線方式發送的信息并無不同。
艾默生公司的優勢

我們推出的業內領先的AMS設備管理組合允許無線數據的無縫整合，通過它，用戶可以獲取并利用來自于已安裝的HART設備的“擱淺”的診斷信息。 將1420智能無線網關連接到AMS設備管理組合的 智能設備管理系統將可以為設備診斷、組態管理、標定管理以及維護文件等提供充分的補充功能。

新的應用也會出現，為無線數據訪問方式的方便性和成本效益提供杠桿作用。 這些新應用包括如遠距離壓力釋放閥的記錄激活，以尋求符合法規；對安全指示器的監視，以加快應急反應等等。

下一節：選擇設備供應商

選擇設備供應商

最好是同那些具有過程和自動化方面實際經驗的供應廠商合作，讓他們了解您的目標――不僅僅是您的無線網絡方面的目標，而且包括它所支持的操作――并提供合適的技術和服務。

您選擇的設備供應商必須致力于開放式標準和產品的互用能力。 只有如此，您才可以保持信心，您的網絡部件即使在未來網絡要擴展或改變（甚或更換設備供應商）的情況下也可以繼續維持使用。
艾默生公司的優勢

艾默生公司推出的智能無線技術方案中的所有構成部件，都是針對實際的過程自動化操作中所發生的問題而進行設計，并經過實踐的有效證明。艾默生公司可以 提供全套的技術方案，供高度可靠的無線網絡執行之用。 而且我們致力于開放標準，隨著您未來需求的變化，我們提供無縫整合和兼容性方面的保證。

下一節：總結

總結

在本課程中您學到…
 
無線現場網絡的基本構成部件包括：無線設備，用來采集并發送數據； 網關，提供設備和主機系統之間的界面； 主機系統，允許用戶從這里訪問并管理數據。
 
無線現場網絡的重要能力包括： 低設計功率，支持自組織網絡功能和診斷功能。
 
網關應具有同大范圍內的主機系統兼容的能力，具有安全、可升級，和自組織網絡的能力。
 
潛在的主機系統包括從分配式控制系統到歷史數據記錄器和資產管理應用等等， 具有多種網絡連接和數據管理的方法。
 

下一節： 測驗
測驗

下列問題可以幫助您回顧在本課程中學到的知識。
每個問題都只有一個正確答案。 每回答正確一次，您會贏得一個寶貴的獎勵點數。
準備好了嗎？ 請點擊下面的“＞”圖標。
下一節：問題1
測驗――問題1

下面哪個是無線現場網絡的基本構成部件？

   設備、場地勘測，主機系統
  設備、主機系統、數據管理
  設備，網關、主機系統
  現場勘測、網關、數據管理
  設備、現場勘測、網關、主機系統

  在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“設備、網關、主機系統”
無線現場網絡有三種基本構成部件。 現場勘測是點對點無線網絡要求完成的任務，而數據管理是主機系統的一種功能。
測驗――問題2

大多數現代的無線設備都使用當地的、硬線連接的電源。

 正確
 錯誤
  在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“錯誤”。

為了獲得“真正無線”的優勢，許多現代的無線設備都依賴于電池和能量收集技術以獲得電源。 這就是為什么低功率設計如此重要的原因。

測驗――問題3
下列哪種方式可以用于將網關連接到主機系統？

   光纖
  無線以太網
 Modbus
 OPC
  以上全部
 None of the above 以上都不是
  在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“以上全部”。

取決于主機系統的類型，上述連接方法均可用。

 測驗結果
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