概述
部件選擇同技術(shù)選擇同樣重要。 對于無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)而言,您選擇的部件會對網(wǎng)絡(luò)的可靠性、功耗以及安全性產(chǎn)生深刻的影響。
任何網(wǎng)絡(luò),不論有線無線,都要有信號源來發(fā)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(diǎn)兒什么。
在傳統(tǒng)的過程自動化領(lǐng)域,網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是由現(xiàn)場設(shè)備來發(fā)送數(shù)據(jù),再經(jīng)過電纜傳送到主機(jī)系統(tǒng),例如DCS或PLS等。 而無線網(wǎng)絡(luò)的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是通過無線電波來進(jìn)行傳輸?shù)模@就要求在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成部件方面有所變化,例如添加無線收發(fā)裝置和天線等等。
在本課程中您將會學(xué)習(xí)如何為無線網(wǎng)絡(luò)選擇構(gòu)成部件。
無線現(xiàn)場設(shè)備,用于收集并發(fā)送數(shù)據(jù)
網(wǎng)關(guān), 提供無線設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)之間的結(jié)合界面
主機(jī)系統(tǒng),接收并管理來自于無線網(wǎng)絡(luò)的信息。
由于自組織網(wǎng)絡(luò)是工廠內(nèi)無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的首選技術(shù),所以我們將主要介紹這些部件在自組織網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備。
提示
在您閱讀本課程內(nèi)容的同時,請別忘了留意下面這些問題的答案:
無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的組成部件都有哪些?
我對于無線現(xiàn)場設(shè)備都應(yīng)該有哪些方面的考慮?
什么是網(wǎng)關(guān)?
我如何才能將來自于無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的信息整合到現(xiàn)有的主機(jī)系統(tǒng)中?
準(zhǔn)備好開始了嗎?請點(diǎn)擊下面的“>”符號開始您的閱讀吧。
下一節(jié):無線設(shè)備
無線設(shè)備
無線現(xiàn)場設(shè)備包含兩個部分:一是傳統(tǒng)的傳感器,用來收集數(shù)據(jù),另外一個是無線收發(fā)裝置,用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
雖然有些無線設(shè)備是用有線電源給無線收發(fā)裝置和傳感器進(jìn)行供電的, 但“真正無線”的設(shè)備并不使用電線來進(jìn)行通信和供電。 電池是最常見的電源。 但是有些設(shè)備還可以利用能量收集技術(shù),將環(huán)境當(dāng)中的能量――例如太陽能、熱能或者振動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芗右岳谩_@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(guān)的長期維護(hù)費(fèi)用。 (關(guān)于電源方面的更多內(nèi)容,請參考電源管理課程)
無線設(shè)備有哪些方面需要考慮?
內(nèi)置式路由器。 自組織網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備并不僅僅是發(fā)送測量數(shù)據(jù)的終點(diǎn), 它們還同時作為路由器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他附近的設(shè)備。 網(wǎng)絡(luò)中這樣的設(shè)備越多,潛在的通信路徑也就越多――網(wǎng)絡(luò)也就越可靠。
低功率設(shè)計(jì)。 選擇設(shè)計(jì)的功耗較低,又能提供合適的信號強(qiáng)度、更新率和可靠性的無線設(shè)備。通常將傳感器和無線收發(fā)裝置的電子部分集成在一起的設(shè)備,其整體功耗最低。
多數(shù)據(jù)設(shè)備類型。除了要發(fā)送基本的過程變量(PV)信息之外,設(shè)備還應(yīng)該能同時傳達(dá)HART命令和與事件相關(guān)的通知,例如警報(bào)、報(bào)警和組態(tài)參數(shù)等等。有些無線設(shè)備具有內(nèi)置式診斷部件,能夠探測甚至預(yù)測設(shè)備、無線收發(fā)裝置和電池故障――從而減少工作人員親臨現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備檢查的次數(shù),并增加您對網(wǎng)絡(luò)的信心。
較低的等待時間。等待時間指數(shù)據(jù)從信號源到達(dá)終點(diǎn)的時間。對某些類型的應(yīng)用來說,過長的等待時間可能會導(dǎo)致信號抵達(dá)的時間太遲而無法再行使用。 應(yīng)確保選用的設(shè)備不會超過應(yīng)用中指定的等待時間。 同時為了幫助對網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行處理,您還應(yīng)能夠根據(jù)需要獲取關(guān)于實(shí)際等待時間的信息。
同步與時間標(biāo)志。 選擇的無線設(shè)備應(yīng)能同網(wǎng)絡(luò)時鐘同步并且對所有信息進(jìn)行時間標(biāo)記。
除了要保證時間標(biāo)記的一致性之外,網(wǎng)絡(luò)時鐘同步還可以使所有的設(shè)備都按照預(yù)定的時間來發(fā)送和接收信息。
時間標(biāo)記使網(wǎng)絡(luò)可以識別等待時間的長短,并做出補(bǔ)償;同時 提供工具來驗(yàn)證信號是否已經(jīng)發(fā)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(jiān)管法規(guī)的一致性而做的記錄。
靈活的通信定時。 無線設(shè)備應(yīng)能支持多種測量數(shù)據(jù)的采樣和報(bào)告時間的間隔。 這是由于在自組織網(wǎng)絡(luò)內(nèi)它們不但要發(fā)送來自于自有傳感器的數(shù)據(jù),同時還要發(fā)送來自于同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他設(shè)備的數(shù)據(jù)。 理想的無線設(shè)備應(yīng)該能夠按照從數(shù)秒每次到每天一次的時間間隔來進(jìn)行報(bào)告。
支持?jǐn)?shù)據(jù)“儲存和轉(zhuǎn)送”的傳輸方式。 在自組織網(wǎng)絡(luò)內(nèi),每個節(jié)點(diǎn)都不僅僅傳送自己的數(shù)據(jù),也傳送來自于相鄰設(shè)備的數(shù)據(jù)。 通過儲存和轉(zhuǎn)送方式,信息可以在中間節(jié)點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行短暫的儲存和處理,然后才按照預(yù)定的通信時間將他們轉(zhuǎn)送到目的地。 這種可選擇的數(shù)據(jù)傳送方式減少了功率損耗,又使得帶寬效率得以提高。
設(shè)計(jì)安全。設(shè)備應(yīng)提供信號鑒定、驗(yàn)證以及關(guān)鍵管理――而且應(yīng)該在進(jìn)入設(shè)備之前進(jìn)行。
能支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 無線設(shè)備應(yīng)具有內(nèi)在的智能和靈活性,以便可以在任何給定的時刻根據(jù)需要自動成為星狀、網(wǎng)狀或者簇-樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)――或者這三種結(jié)構(gòu)――的一部分,從而獲得最佳網(wǎng)絡(luò)效率。
支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 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(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。
易于安裝。 即使標(biāo)準(zhǔn)有線儀器的安裝也是一個復(fù)雜的工作。 選擇無線設(shè)備,應(yīng)用同有線的儀器設(shè)備同樣的傳感器過程連接和程序,可以降低安裝費(fèi)用,并減少錯誤的發(fā)生。
艾默生公司的優(yōu)勢
艾默生智能現(xiàn)場設(shè)備――無線和有線設(shè)備――都將同類中最好的傳感器技術(shù)同診斷功能相結(jié)合,幫助您在故障可能危害操作之前對其進(jìn)行辨別甚至預(yù)測。我們供應(yīng)的無線設(shè)備在經(jīng)過優(yōu)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(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
下一節(jié): 網(wǎng)關(guān)
網(wǎng)關(guān)
在無線世界里,網(wǎng)關(guān)用來為無線現(xiàn)場設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)之間提供一個結(jié)合界面。
網(wǎng)關(guān)應(yīng)能保證來自于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)可以無縫整合到系統(tǒng)之中,這些系統(tǒng)包括現(xiàn)有的控制系統(tǒng),歷史記錄器,或者其他的主機(jī)等等。 經(jīng)過整合之后,您可以利用已有的工具來管理測量點(diǎn),收集數(shù)據(jù)并對信息進(jìn)行處理――而不用區(qū)別這些數(shù)據(jù)到底來自于有線還是無線網(wǎng)絡(luò)。
關(guān)于網(wǎng)關(guān)有哪些方面應(yīng)加以考慮?
同現(xiàn)有的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)之間的兼容性。 由于網(wǎng)關(guān)可能需要將來自無線設(shè)備的數(shù)據(jù)同數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS)、歷史數(shù)據(jù)記錄器或一些其他的系統(tǒng)進(jìn)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(jī)提供接口就顯的非常重要。
網(wǎng)關(guān)的工作應(yīng)該富有效率。 如果在同一區(qū)域內(nèi)還有其他的無線網(wǎng)絡(luò)存在,也不應(yīng)該對網(wǎng)關(guān)的功耗和可靠性產(chǎn)生較大的影響。
設(shè)計(jì)安全。選擇從設(shè)計(jì)上支持信息的鑒定、核實(shí)和關(guān)鍵管理等先進(jìn)安全策略的網(wǎng)關(guān)可以減少潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
如果網(wǎng)關(guān)提供無線以太網(wǎng)輸出,它還應(yīng)該支持有關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn),例如HTTPS(一種安全網(wǎng)絡(luò)界面),SSH(一種安全外殼),和VPN(一種安全鏈接)等等。
如果想要網(wǎng)絡(luò)更加安全,可以使用一種“控制訪問”的網(wǎng)關(guān),以限制用戶訪問和他們能夠執(zhí)行的任務(wù)的種類。
自我故障恢復(fù)能力。 自組織無線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)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(wǎng)關(guān)應(yīng)能適應(yīng)這兩種故障恢復(fù)的方式。
支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 同自組織網(wǎng)絡(luò)中其他的節(jié)點(diǎn)一樣,網(wǎng)關(guān)應(yīng)該能夠按需自動成為星狀、網(wǎng)狀或簇-樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一部分。
可擴(kuò)展性。 選擇合適的網(wǎng)關(guān),使您在任何時間都可以很容易地增加設(shè)備。
診斷信息。 網(wǎng)關(guān)應(yīng)能提供網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)和診斷數(shù)據(jù),以便為網(wǎng)絡(luò)的安裝、故障處理和維護(hù)提供幫助。 應(yīng)該便于訪問的信息包括:
? 哪一個設(shè)備處在工作狀態(tài)
? 每一條通道的路徑統(tǒng)計(jì)
? 端對端信息傳輸?shù)目煽啃?BR>? 無線信號強(qiáng)度指示(RSSI)
? 每個通信路徑單獨(dú)部分的鏈接質(zhì)量指標(biāo)。
艾默生公司的優(yōu)勢
艾默生公司生產(chǎn)的1420 智能無線網(wǎng)關(guān)經(jīng)過特別設(shè)計(jì),可以滿足過程自動化應(yīng)用中的苛刻要求――這種網(wǎng)關(guān)特別增加的智能可以幫助您充分利用無線自組織網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)。 網(wǎng)關(guān)的功能包括:
方便易用的安全功能,包括自動化的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)功能;支持有線和無線的以太網(wǎng)驗(yàn)證方法。
支持一系列廣泛的通信協(xié)議,簡化同老式主機(jī)系統(tǒng)的整合,包括
? 用于DCS和PLC 的Modbus/RTU和 Modbus/TCP協(xié)議
? 用于歷史數(shù)據(jù)記錄器和人機(jī)接口(HMIS)的OPC協(xié)議
? 用于資產(chǎn)管理系統(tǒng)和基于工廠局域網(wǎng)的其他應(yīng)用的Ethernet協(xié)議
? 用于配置和簡單監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)界面HTTP協(xié)議
? 用于成批數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的XML和CSV協(xié)議
提供現(xiàn)場設(shè)備診斷數(shù)據(jù),例如電池電壓,報(bào)警指示,以及網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等等。
嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,可用于基于瀏覽器的組態(tài)、診斷、設(shè)備操作信息和關(guān)鍵管理工具等。
為自組織網(wǎng)絡(luò)提供支持,包括自我故障恢復(fù)和自組織能力,網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方便而無需重啟或重新配置。
可以進(jìn)行無縫整合,無專用軟件或者非標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)硬件修改的要求。
下一節(jié): 主機(jī)系統(tǒng)
主機(jī)系統(tǒng)
大部分人都會通過主機(jī)系統(tǒng)來訪問并使用來自無線網(wǎng)絡(luò)的信息。 主機(jī)系統(tǒng)可能是DCS、PLC、SCADA系統(tǒng)、資產(chǎn)管理應(yīng)用系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)記錄器,或者網(wǎng)絡(luò)接口等等。
在一個整合良好的主機(jī)系統(tǒng)中,無論數(shù)據(jù)來自于有線還是無線系統(tǒng),它們看上去都是一樣的。除此之外,主機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能很容易地整合來自于無線設(shè)備的增量數(shù)據(jù)。通過系統(tǒng),您可以對無線設(shè)備進(jìn)行組態(tài),訪問網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備診斷信息,一切都同今天您對有線設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的操作一樣。
有些無線網(wǎng)絡(luò)甚至能為多個主機(jī)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。主機(jī)的類型將決定網(wǎng)關(guān)和主機(jī)之間連接的方式。
例如,許多現(xiàn)代的控制系統(tǒng)和過程控制網(wǎng)絡(luò)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信,這使得和同樣支持以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)之間的整合變得輕而易舉。 這種網(wǎng)關(guān)到主機(jī)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(shù)據(jù)整合到老式的、不支持Ethernet、OPC或者M(jìn)odbus TCP協(xié)議的DCS 或PLC主機(jī)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(xié)議, Modbus RTU 協(xié)議還支持HMI(人機(jī)接口)應(yīng)用。
歷史數(shù)據(jù)記錄器和許多其他的應(yīng)用都可以按照OPC協(xié)議(過程控制的對象鏈接嵌入)進(jìn)行連接。 OPC協(xié)議是一種廣泛應(yīng)用的實(shí)時數(shù)據(jù)交換工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這種應(yīng)用可以為用戶提供在操作、維護(hù)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(guān)鍵的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)收集中心(DCS)。
艾默生公司的優(yōu)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(tǒng)是業(yè)內(nèi)首個數(shù)字自動化系統(tǒng),支持標(biāo)準(zhǔn)平臺和開放協(xié)議。 多年以來,通過這個系統(tǒng)我們使用類型齊全的無線技術(shù)方案為我們的客戶提供支持,并同他們保持方便的聯(lián)系。
下一節(jié): 數(shù)據(jù)管理
數(shù)據(jù)管理
無線網(wǎng)絡(luò)可以提供必要的數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)記錄以及其他形式的數(shù)據(jù)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(jīng)營工廠和管理資產(chǎn)。
所有的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用都應(yīng)能接受來自無線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 例如通過資產(chǎn)管理軟件您可以訪問以無線方式發(fā)送的設(shè)備診斷信息,這跟訪問以有線方式發(fā)送的信息并無不同。
艾默生公司的優(yōu)勢
我們推出的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的AMS設(shè)備管理組合允許無線數(shù)據(jù)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(shè)備的“擱淺”的診斷信息。 將1420智能無線網(wǎng)關(guān)連接到AMS設(shè)備管理組合的 智能設(shè)備管理系統(tǒng)將可以為設(shè)備診斷、組態(tài)管理、標(biāo)定管理以及維護(hù)文件等提供充分的補(bǔ)充功能。
新的應(yīng)用也會出現(xiàn),為無線數(shù)據(jù)訪問方式的方便性和成本效益提供杠桿作用。 這些新應(yīng)用包括如遠(yuǎn)距離壓力釋放閥的記錄激活,以尋求符合法規(guī);對安全指示器的監(jiān)視,以加快應(yīng)急反應(yīng)等等。
下一節(jié):選擇設(shè)備供應(yīng)商
選擇設(shè)備供應(yīng)商
最好是同那些具有過程和自動化方面實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的供應(yīng)廠商合作,讓他們了解您的目標(biāo)――不僅僅是您的無線網(wǎng)絡(luò)方面的目標(biāo),而且包括它所支持的操作――并提供合適的技術(shù)和服務(wù)。
您選擇的設(shè)備供應(yīng)商必須致力于開放式標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的互用能力。 只有如此,您才可以保持信心,您的網(wǎng)絡(luò)部件即使在未來網(wǎng)絡(luò)要擴(kuò)展或改變(甚或更換設(shè)備供應(yīng)商)的情況下也可以繼續(xù)維持使用。
艾默生公司的優(yōu)勢
艾默生公司推出的智能無線技術(shù)方案中的所有構(gòu)成部件,都是針對實(shí)際的過程自動化操作中所發(fā)生的問題而進(jìn)行設(shè)計(jì),并經(jīng)過實(shí)踐的有效證明。艾默生公司可以 提供全套的技術(shù)方案,供高度可靠的無線網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行之用。 而且我們致力于開放標(biāo)準(zhǔn),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(jié):總結(jié)
總結(jié)
在本課程中您學(xué)到…
無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成部件包括:無線設(shè)備,用來采集并發(fā)送數(shù)據(jù); 網(wǎng)關(guān),提供設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)之間的界面; 主機(jī)系統(tǒng),允許用戶從這里訪問并管理數(shù)據(jù)。
無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的重要能力包括: 低設(shè)計(jì)功率,支持自組織網(wǎng)絡(luò)功能和診斷功能。
網(wǎng)關(guān)應(yīng)具有同大范圍內(nèi)的主機(jī)系統(tǒng)兼容的能力,具有安全、可升級,和自組織網(wǎng)絡(luò)的能力。
潛在的主機(jī)系統(tǒng)包括從分配式控制系統(tǒng)到歷史數(shù)據(jù)記錄器和資產(chǎn)管理應(yīng)用等等, 具有多種網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)管理的方法。
下一節(jié): 測驗(yàn)
測驗(yàn)
下列問題可以幫助您回顧在本課程中學(xué)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(diǎn)數(shù)。
準(zhǔn)備好了嗎? 請點(diǎn)擊下面的“>”圖標(biāo)。
下一節(jié):問題1
測驗(yàn)――問題1
下面哪個是無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成部件?
設(shè)備、場地勘測,主機(jī)系統(tǒng)
設(shè)備、主機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理
設(shè)備,網(wǎng)關(guān)、主機(jī)系統(tǒng)
現(xiàn)場勘測、網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)管理
設(shè)備、現(xiàn)場勘測、網(wǎng)關(guān)、主機(jī)系統(tǒng)
在選擇答案之后,點(diǎn)擊“>”圖標(biāo)繼續(xù)。
正確!/對不起,正確答案是“設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、主機(jī)系統(tǒng)”
無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)有三種基本構(gòu)成部件。 現(xiàn)場勘測是點(diǎn)對點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)要求完成的任務(wù),而數(shù)據(jù)管理是主機(jī)系統(tǒng)的一種功能。
測驗(yàn)――問題2
大多數(shù)現(xiàn)代的無線設(shè)備都使用當(dāng)?shù)氐摹⒂簿€連接的電源。
正確
錯誤
在選擇答案之后,點(diǎn)擊“>”圖標(biāo)繼續(xù)。
正確!/對不起,正確答案是“錯誤”。
為了獲得“真正無線”的優(yōu)勢,許多現(xiàn)代的無線設(shè)備都依賴于電池和能量收集技術(shù)以獲得電源。 這就是為什么低功率設(shè)計(jì)如此重要的原因。
測驗(yàn)――問題3
下列哪種方式可以用于將網(wǎng)關(guān)連接到主機(jī)系統(tǒng)?
光纖
無線以太網(wǎng)
Modbus
OPC
以上全部
None of the above 以上都不是
在選擇答案之后,點(diǎn)擊“>”圖標(biāo)繼續(xù)。
正確!/對不起,正確答案是“以上全部”。
取決于主機(jī)系統(tǒng)的類型,上述連接方法均可用。
測驗(yàn)結(jié)果
問題編號 得分
1 0
2 0
3 0
總計(jì) 0
祝賀您完成了本課程!您的測驗(yàn)結(jié)果顯示在左側(cè)表格內(nèi)。
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