工業(yè)控制中無線短程網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的應用前景分析

1、工業(yè)控制中無線短程網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的應用前景分析,2024/3/30,1,內(nèi) 容 提 要,無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述為什么無線通信在工業(yè)中應用特別受到重視？ISA SP100—控制環(huán)境下無線系統(tǒng)的標準無線通信網(wǎng)絡(luò)的分類?無線局域網(wǎng)WLAN?無線短程網(wǎng)WPAN現(xiàn)場設(shè)備層無線通信結(jié) 束 語,2024/3/30,2,無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述,2024/3/30,3,2024/3/30,4,目前市場上近距離無線通信產(chǎn)品

2、層出不窮，廣泛應用的還是藍牙(Bluetooth)，紅外(IrDA) 和無線局域網(wǎng)802.11（Wi-Fi）。同時還有一些具有發(fā)展?jié)摿Φ慕嚯x無線技術(shù)標準，它們分別是：zigbee、超寬頻（UltraWideBand）、短距離通信（NFC）、WiMedia、GPS、無線139和專用無線系統(tǒng)等。它們都有各自立足的特點，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求；但沒有一種技術(shù)完美到可以滿足所有的要求。,概述,2024/3/30,5,藍牙技術(shù),

3、Wi-Fi技術(shù),紅外線接口-IrDA技術(shù),Zigbee技術(shù),NFC技術(shù),UWB技術(shù),2024/3/30,6,幾種無線網(wǎng)絡(luò)比較,HOME,為什么無線通信在工業(yè)中的應用特別受到重視？,2024/3/30,7,為什么無線通信在工業(yè)應用特別受到重視？,工業(yè)發(fā)達國家和新興崛起國家為提高其產(chǎn)品在全球市場的競爭力，都力求在提高生產(chǎn)率的同時，降低包括能源消耗、原材料消耗和勞務成本。對于發(fā)達國家來講，其勞務成本遠遠高于新興崛起國家，因此特別重視促進創(chuàng)新

4、和技術(shù)進步，采用新的技術(shù)手段。在這場競爭日益激烈的比賽中，無線通信技術(shù)在工業(yè)中的推廣應用受到了特殊的重視，顯然是基于這樣的大背景。在工業(yè)環(huán)境下任何地點均能安裝使用的智能無線傳感器及其網(wǎng)絡(luò)，具有足夠的可靠性和自治處理能力，將為各種生產(chǎn)裝置配備實時共享的數(shù)據(jù)采集能力，從而為提高生產(chǎn)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本發(fā)揮重要作用。,2024/3/30,8,Invensys的無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)應用策略,,2024/3/30,9,室內(nèi),室外,,專用無線網(wǎng)絡(luò),

5、數(shù)據(jù)傳輸率,功耗,成本/復雜度,工業(yè)應用無線傳輸?shù)膬?yōu)勢,無線傳輸?shù)膬?yōu)勢表現(xiàn)在：極大降低安裝成本、持續(xù)降低運行維護成本，更換方便，便于升級，減少接插件故障，移動自由且不受限制，投運快速，可以實際利用MEMS（微機電系統(tǒng)）技術(shù)。美國能源部的研究估計，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)會為工業(yè)現(xiàn)場節(jié)能10%和降低排放或泄漏15%提供良好手段。應充分利用無線通信，開發(fā)適當無線產(chǎn)品和系統(tǒng)，為實現(xiàn)我國“十一五”規(guī)劃的節(jié)能降耗目標建功立業(yè)。,2024/3/30,10

6、,無線通信網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)應用正在發(fā)展,無線的工業(yè)應用當前出現(xiàn)的新動態(tài)是使用高速、無須申請頻率許可證、低價的技術(shù)。無線通信距離與具體應用強烈相關(guān)，一般大致在150毫米至80公里。,2024/3/30,11,當前影響無線網(wǎng)絡(luò)應用的主要障礙,當前影響無線系統(tǒng)廣泛應用的主要障礙是：如何克服工業(yè)環(huán)境對無線傳輸?shù)挠绊懞蜔o線技術(shù)目前發(fā)展的狀態(tài)尚難以滿足工業(yè)應用的要求。工業(yè)環(huán)境對無線通信的挑戰(zhàn)有： ?工作環(huán)境溫度由-40?C—+70?C； ?高

7、濕度（當溫度為40?C濕度 95%時不結(jié)露）； ?本質(zhì)安全防爆要求； ?固定設(shè)備和移動設(shè)備對無線傳輸路徑的影響（衰變、中斷和發(fā)生各種各樣的缺陷，諸如頻散、多徑時延、干擾、與頻率有關(guān)的衰減，節(jié)點休眠、節(jié)點隱蔽和與安全有關(guān)的問題）。,2024/3/30,12,HOME,控制中無線系統(tǒng)的標準ISA SP100,2024/3/30,13,美國ISA SP100標準委員會正在加緊制定工業(yè)環(huán)境下實現(xiàn)無線系統(tǒng)的標準，推薦實踐指南、技術(shù)報告和

8、相關(guān)的信息。著重在三方面制定標準：?運用無線技術(shù)的環(huán)境， ?無線通信設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)的生命周期， ?無線技術(shù)的應用。主要面向現(xiàn)場儀表和設(shè)備。在SP 100標委會下設(shè)五個主要的分標委會：? 射頻物理學基礎(chǔ)? 可互操作性? 用戶要求? 用戶指南? 集成,2024/3/30,14,面 向 成 功 的 SP 100,SP 100力求在現(xiàn)有相關(guān)標準的基礎(chǔ)上，能在一個較短的時間內(nèi)取得符合要求的結(jié)果。SP 100盡可

9、能應用下列標準并有所提高：? ISA SP 99—信息安全? IEEE 1451—智能傳感器? FIPS 140-2—信息安全? ISO/OSI 網(wǎng)絡(luò)可連接的7層模型SP 100力爭促進? 新技術(shù)的發(fā)展應用? 無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點合理部署? 從業(yè)人員和公司相互間的交流,2024/3/30,15,SP100規(guī)定的五類應用（1）,2024/3/30,16,,SP100規(guī)定的五類應用（5）,2024/3

10、/30,17,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 第四、五類應用是大量的 狀態(tài)監(jiān)控—振動，溫度/壓力 性能監(jiān)控—熱交換，環(huán)境，機械性能,用于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的最緊要的要求,2024/3/30,18,現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(1/6),2024/3/30,19,成本目標 = ½(有線) + 不致增加任何維護成本,

11、現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(2/6),2024/3/30,20,底層結(jié)構(gòu)支持不同供貨商提供的設(shè)備,而不致干擾現(xiàn)有的無線設(shè)備,現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(3/6),2024/3/30,21,像有線數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)一樣可提供和支持閉環(huán)控制,現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(4/6),2024/3/30,22,保持信息安全的過程具有智能特性,現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要求(5/6),2024/3/30,23,必須支持現(xiàn)場設(shè)備的無線就地接入,現(xiàn)場設(shè)備級無線網(wǎng)絡(luò)的要

12、求(6/6),2024/3/30,24,,,信息時間性的重要程度,HOME,無 線 通 信 網(wǎng) 絡(luò) 的 分 類,2024/3/30,25,無線通信網(wǎng)絡(luò)的分類,無線通信網(wǎng)絡(luò)按傳輸距離可分為： ? 城際網(wǎng)（WMAN） ? 局域網(wǎng)（WLAN） ? 個人網(wǎng)（短程網(wǎng)，WPAN） 無線通信網(wǎng)絡(luò)的標準? 城際網(wǎng)（IEEE 802.20，IEEE 802.16）? 局域網(wǎng)（IEEE 802.11）

13、? 短程網(wǎng)（IEEE 802.15）,2024/3/30,26,IEEE 802標準的無線空間,2024/3/30,27,正在發(fā)展的一些無線傳輸?shù)臉藴?ZigBee/IEEE 802.15.4 ? 特長的電池壽命 ? 很適合工業(yè)自動化，家用電器，傳感器網(wǎng)絡(luò) 超寬帶（UWB，IEEE 802.15.3a 和802.15.4a） ? 美國FCC開放一無須申請的自由寬帶頻率范圍3.1- 10.6GHz

14、 ? 無射頻載波，低成本，低功耗，非直線傳輸 ? 在低傳輸速率模式，可用于一個重要的工業(yè)市場：位置感知（在2厘米-20米范圍內(nèi)） WiMax（IEEE 802.16，Intel 提出） ? 適于住宅區(qū)/經(jīng)營性建筑的長距離（? 1km）射頻鏈接 ? 較高數(shù)據(jù)傳輸率（在一個20MHz的信道約70Mbps） ? 也可用于大型工業(yè)部署 ? 今年將有商品問世,2024/3/30,28,（1）提供

15、廣泛的多媒體通信服務：能夠?qū)崿F(xiàn)電信級的多媒體通信服務,支持語音、視頻和Internet。運行于10GHz到66GHz頻譜之上.　?。?）傳輸距離遠、數(shù)據(jù)傳輸速率高：在信息傳播方式上，WiMAX技術(shù)借助無線基站進行數(shù)據(jù)傳輸。當頻寬為20MHz時，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達到75Mbit/s，是3G所能提供的寬帶速度的30倍，目前實際應用時每3.5MHz載波可傳輸凈速率為18Mbit/s，頻率利用系數(shù)高。高達50km的覆蓋范圍，只要建設(shè)少數(shù)基

16、站就能實現(xiàn)全城覆蓋，無線網(wǎng)絡(luò)的應用范圍大大擴展。　 （3）服務質(zhì)量（QoS）機制完善、數(shù)據(jù)安全性更高.,2024/3/30,29,WiMAX/802.16技術(shù)優(yōu)勢,WiMAX（World Interoperability for Microwave Access）全稱為全球微波接入互操作性，是基于IEEE802.16標準的無線城域網(wǎng)技術(shù)。WiMAX組織從2001年開始制定標準，并對芯片、設(shè)備進行認證，規(guī)模經(jīng)濟使成本下降成為可能，WiM

17、AX的應用領(lǐng)域也隨之擴大。 現(xiàn)在WiMAX組織包括芯片制造商（例如英特爾）、設(shè)備供應商（例如阿爾卡特）、電信運營商（例如BT英國電信），產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)十分完整。目前全球有眾多的實驗網(wǎng)絡(luò)，已推出集成移動WiMAX芯片的訊馳芯片組。WiMAX的規(guī)模應用為期不遠。 更快、更遠、更便宜，就是WINMAX的特點,2024/3/30,30,什么是WiMAX技術(shù)-1,WiMAX技術(shù)的突出特點是比WiFi具有更遠的覆蓋半徑。WiF

18、i主要是解決100米內(nèi)的無線接入問題，是屬于WLAN（無線局域網(wǎng)）的范疇。WiFi在開闊地帶最遠可以達到300米，在室內(nèi)一般有效覆蓋范圍在100米以內(nèi)。而WiMAX最遠可以達到50公里的覆蓋范圍，屬于無線城域網(wǎng)（WMAN）的范疇，其典型應用的覆蓋范圍是6－10公里。相比3G提供小于2M的帶寬，WiMAX可以提供70M獨立帶寬，并且基站的覆蓋范圍是3G基站的10倍。因此有人認為WiMAX將取代3G，成為下一代通訊的主流技術(shù)。

19、 在此基礎(chǔ)上WiMAX組織開發(fā)了802.16a，其工作的頻段要比802.16低，主要工作在2——11G的頻段范圍，信號繞過障礙的能力得到提高，目前已經(jīng)可以支持非視距傳輸，意味著在基站和客戶端之間可以有樹木或者建筑物的阻擋，WiMAX的應用領(lǐng)域被拓寬。 針對802.16a不具備移動性能的問題，WiMAX在此基礎(chǔ)上制定了802.16e標準。按照802.16e標準，手持PDA步行或者使用移動計算設(shè)備，無線連接也不會中

20、斷。因此WiMAX具有了移動性能。,2024/3/30,31,什么是WiMAX技術(shù)-2,IEEE 802.16又稱為IEEE Wireless MAN空中接口標準，是適用于2-66 GHz的空中接口規(guī)范。由于它所規(guī)定的無線接入系統(tǒng)覆蓋范圍可達50km，因此802.16系統(tǒng)主要應用于城域網(wǎng)，被視為可與DSL競爭的“最后一公里” 寬帶接入解決方案。 根據(jù)使用頻段高低的不同，802.16系統(tǒng)可分為應用于視距和非視距兩

21、種，其中使用2-11GHz頻段的系統(tǒng)應用于非視距范圍，而使用 10-66GHz頻段的系統(tǒng)應用于視距范圍。 根據(jù)是否支持移動特性，IEEE 802.16標準系列又可分為固定寬帶無線接入空中接口標準和移動寬帶無線接入空中接口標準，其中的802.16、802.16a、802.16d屬于固定無線接入空中接口標準，而802.16e屬于移動寬帶無線接入空中接口標準。,2024/3/30,32,IEEE 802.16---IE

22、EE Wireless MAN空中接口標準,IEEE 802.20標準為基于IP 的移動寬帶無線接入技術(shù)而制定，結(jié)合已經(jīng)提出的移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)標準(如GPRS、3G 等)，將形成移動寬帶無線接入比較完整的標準體系結(jié)構(gòu)。 2002 年3 月根據(jù)Cisco、Flarion、HP和Nextel 等廠商提出的建議，IEEE 協(xié)會決定在IEEE 802.16工作組內(nèi)成立專門的移動寬帶無線接入(MBWA)研究小組；2002 年7 月

23、，形成IEEE 802.16和MBWA 兩個獨立的工作組，并達成協(xié)議，各自針對不同的市場，同時MBWA 工作組執(zhí)行委員會研究小組(ECSG )成立；2002年11月，IEEE 802.20和IEEE 802.16e工作組宣告成立。,2024/3/30,33,IEEE 802.20標準-1,高通公司聲表示，2008年將在其CDMA2000方式的手機芯片組中嵌入IEEE802.20收發(fā)功能?！癐EEE802.20從一開始就瞄準了手機。從抗電

24、波干擾特性和高速移動時的接收等方面來說，具有移動WiMAX所無法比擬的優(yōu)勢。準備與移動WiMAX進行徹底決戰(zhàn)”。　　 IEEE 802.20也稱為MBWA(Mobile Broadband Wireless Access，移動寬帶無線訪問)，旨在向時速超過100km的高速移動物體提供高速無線互聯(lián)網(wǎng)服務。比如，使用20MHz帶寬時最大數(shù)據(jù)傳輸速度據(jù)稱超過了260Mbit/秒。 計劃在 3.5GHz下許可頻段

25、工作。,2024/3/30,34,IEEE 802.20標準-2,2004年11月第一個基于認知無線電的無線標準IEEE 802.22工作組成立，目的在于解決運營在廣播電視頻段的感知無線廣域接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 　 認知無線電（CR）是針對頻譜利用率不高的解決方案。其特點是根據(jù)實時感知環(huán)境，靈活、高效、可靠地利用頻譜資源。這樣認知無線電就具備了在已授權(quán)頻段內(nèi)，智能利用“空洞頻譜”而不干擾其它授權(quán)用戶的能力。

26、IEEE 802.22系統(tǒng)和其它的IEEE 802的標準相比，是針對無線區(qū)域網(wǎng)的。覆蓋范圍半徑最大可達100km，在目前4W的有效全向輻射功率（EIRP）條件下，覆蓋面積的半徑也達到 33km。這樣802.22系統(tǒng)的覆蓋面積就是當今最大的一個系統(tǒng)。,2024/3/30,35,IEEE 802.22標準-1,傳統(tǒng)上頻譜被劃分成很多小塊，然后分配給不同的應用。比如535 - 1065 KHz是分配給短波廣播的，54-72 MHz, 76-8

27、8 MHz, 174-216 MHz, 512-608 MHz以及614-698 MHz是分配給無線電視的，等等。,2024/3/30,36,如果我們可以把這些沒有充分利用的頻譜重新利用起來，所謂的頻譜短缺問題起碼又可以消失一段時間了。這個802.22協(xié)議就是設(shè)計出來專門利用無線電視空閑頻譜的。也就是說，802.22專門找出電視暫時不用的頻段，然后充分利用它。這個協(xié)議和別的無線協(xié)議不同的地方在于，別的協(xié)議工作的頻譜段都是事先分配好的，所

28、以設(shè)備在工作的時候一開始就調(diào)諧到這個頻段就可以了。但是802.22協(xié)議是利用“別人”的空閑頻譜，那么它可以工作的頻段完全取決于別人的使用。,IEEE 802.22標準-2,全稱為3rd Generation，中文含義就是指第三代數(shù)字通信。1995年問世的第一代模擬制式手機（1G）只能進行語音通話；1996到1997年出現(xiàn)的第二代GSM、TDMA等數(shù)字制式手機（2G）便增加了接收數(shù)據(jù)的功能，如接受電子郵件或網(wǎng)頁；第三代與前兩代的主要區(qū)別是

29、在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無縫漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務，同時也要考慮與已有第二代系統(tǒng)的良好兼容性。為了提供這種服務，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps（兆比特／每秒）、384kbps（千比特／每秒）以及144kbps的傳輸速度。 相對第一代模擬制式手

30、機(1G)和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機(2G)，3G通信的名稱繁多，國際電聯(lián)規(guī)定為“IMT-2000”（國際移動電話2000）標準，歐洲的電信業(yè)巨頭們則稱其為“UMTS”通用移動通信系統(tǒng)。,2024/3/30,37,3G簡介,國際電信聯(lián)盟（ITU） 在2000年5月確定W—CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流無線接口標準，寫入3G技術(shù)指導性文《2000年國際移動通訊計劃》（簡稱IMT—2000）。 CDMA是Cod

31、e Division Multiple Access (碼分多址)的縮寫，是第三代移動通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。第一代移動通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調(diào)制方式，這種系統(tǒng)的主要缺點是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務。第二代移動通信系統(tǒng)主要采用時分多址(TDMA)的數(shù)字調(diào)制方式。,2024/3/30,38,CDMA 將話音轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,給每個數(shù)字話音分組增加一個地址,進行擾碼處理,并且將它發(fā)射到空中.CDMA最大的優(yōu)點就是相同的帶寬下可

32、以容納更多的呼叫. CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復用系數(shù)高、抗多徑能力強、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?3G的標準,下面分別介紹一下3G的幾種標準：,全稱為Wideband CDMA，也稱為CDMA Direct Spread，意為寬頻分碼多重存取，這是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術(shù)規(guī)范，是歐洲提出的寬帶CDMA技術(shù)，它與日本提出的寬帶CDMA技術(shù)基本相同，目前正在進一步融合。這套系統(tǒng)能夠架

33、設(shè)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上，對于系統(tǒng)提供商而言可以較輕易地過渡，而GSM系統(tǒng)相當普及的亞洲對這套新技術(shù)的接受度預料會相當高。因此W—CDMA具有先天的市場優(yōu)勢。 該標準提出了GSM(2G)-GPRS-EDGE-WCDMA(3G)的演進策略。GPRS是General Packet Radio Service (通用分組無線業(yè)務)的簡稱，EDGE是Enhanced Data rate for GSM Evolution (增強數(shù)據(jù)速率的GSM

34、演進)的簡稱，這兩種技術(shù)被稱為2.5代移動通信技術(shù)。,2024/3/30,39,3G的標準之一： W-CDMA,CDMA2000是由窄帶CDMA(CDMA IS95)技術(shù)發(fā)展而來的寬帶CDMA技術(shù)，由美國高通北美公司為主導提出，摩托羅拉、Lucent和后來加入的韓國三星都有參與，韓國現(xiàn)在成為該標準的主導者。這套系統(tǒng)是從窄頻CDMAOne數(shù)字標準衍生出來的，可以從原有的CDMAOne結(jié)構(gòu)直接升級到3G，建設(shè)成本低廉。但目前使用CDMA的

35、地區(qū)只有日、韓和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不過CDMA2000的研發(fā)技術(shù)卻是目前各標準中進度最快的，許多3G手機已經(jīng)率先面世。該標準提出了從CDMA IS95(2G)-CDMA20001x-CDMA20003x(3G)的演進策略。CDMA20001x被稱為2.5代移動通信技術(shù)。CDMA20003x與CDMA20001x的主要區(qū)別在于應用了多路載波技術(shù)，通過采用三載波使帶寬提高。目前中國聯(lián)通正在采用這一方案向

36、3G過渡，并已建成了CDMA IS95網(wǎng)絡(luò)。,2024/3/30,40,3G的標準之二： CDMA2000,全稱為Time Division -Synchronous CDMA(時分同步CDMA)，該標準是由中國大陸獨自制定的3G標準，1999年6月29日，中國原郵電部電信科學技術(shù)研究院（大唐電信）向ITU提出。該標準將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當今國際領(lǐng)先技術(shù)融于其中，在頻譜利用率、對業(yè)務支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等

37、方面的獨特優(yōu)勢。另外，由于中國內(nèi)的龐大的市場，該標準受到各大主要電信設(shè)備廠商的重視，全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可以支持TD—SCDMA標準。 該標準提出不經(jīng)過2.5代的中間環(huán)節(jié)，直接向3G過渡，非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級。,2024/3/30,41,3G的標準之三： TD-SCDMA,WiMAX 的全名是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave Access)，又稱為80

38、2·16無線城域網(wǎng)，是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。將此技術(shù)與需要授權(quán)或免授權(quán)的微波設(shè)備相結(jié)合之后，由于成本較低，將擴大寬帶無線市場，改善企業(yè)與服務供應商的認知度。2007年10月19日，在國際電信聯(lián)盟在日內(nèi)瓦舉行的無線通信全體會議上，經(jīng)過多數(shù)國家投票通過，WiMAX正式被批準成為繼WCDMA、CDMA2000和TD－SCDMA之后的第四個全球3G標準,2024/3/30,42,3G的標準之四：

39、WiMAX,用于工業(yè)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò),近些年來，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)成為工控領(lǐng)域中正在迅速發(fā)展的技術(shù)熱點之一，也是被不少工業(yè)自動化供應廠商看好的一種新的增長點。發(fā)展重點主要集中在無線局域網(wǎng)和無線短程網(wǎng)。一如以往所有的IT技術(shù)移植到工控應用中來所采取的方法一樣，基礎(chǔ)是IT行業(yè)的各種無線傳輸標準。但充分考慮在這種專門應用中的特別要求，開發(fā)適應這些特別要求的技術(shù)、規(guī)范、標準和行規(guī)。,2024/3/30,43,適應不同無線傳輸要求而發(fā)展的標準和技術(shù),

40、2024/3/30,44,2024/3/30,45,無 線 網(wǎng) 絡(luò) 標 準 的 比 較,無線局域網(wǎng)WLAN標準,WLAN標準IEEE 802.11系列還在發(fā)展中，已完成的有:,2024/3/30,46,OFDM(OrthogondFreguencyDivisionMultiplexing，正交頻分復用)技術(shù)是在嚴重電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定、完整傳的技術(shù)，OFDM的原理是通信信號按90度的相位作頻分，于是當某個信道波形過零點時相鄰

41、信道的波形恰好是幅值的最大值。這種多路并行的傳送模式不僅能有效利用頻譜資源，還保證了信道間的波形不會因外來的干擾而交疊，串擾。,工業(yè)無線局域網(wǎng)WLAN的要求,工業(yè)WLAN具有與企業(yè)辦公和家庭應用環(huán)境不同的要求。這些要求可歸納為： ?嚴格的延遲要求。 ?確定性性能的保證 ?支持大量的設(shè)備掛網(wǎng)，并支持掛網(wǎng)的設(shè)備數(shù)量可變化。 ?網(wǎng)絡(luò)安全的保證。 ?網(wǎng)絡(luò)投用的保證。,2024/3/30,47,工業(yè)無線局域

42、網(wǎng)WLAN的要求,?嚴格的延遲要求： 用于現(xiàn)場設(shè)備要求延遲不大于10ms，用于運動控制不大于1ms，對于周期性的控制通信，使延遲時間的波動減至最小也是很重要的指標。?確定性性能的保證： 保證確定性是對任務執(zhí)行有嚴苛保證的工業(yè)通信系統(tǒng)必備的特性。即使設(shè)備處于漫游狀態(tài)也有此要求，否則會喪失實時性能。?支持大量設(shè)備掛網(wǎng)，并容許掛網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量可變化：工業(yè)WLAN的接入點約為數(shù)百個的數(shù)量級。若節(jié)點過多和接入的節(jié)點數(shù)有變

43、化，有可能導致IEEE 802.11的MAC協(xié)議層效率太低。?網(wǎng)絡(luò)安全的保證：滿足安全保密法規(guī)是工業(yè)WLAN的基本要求。包括對黑客接入點的檢測和保護的前提條件。?網(wǎng)絡(luò)投用的保證：由于運行故障是不可接受的，因此對于有幾百個設(shè)備節(jié)點的WLAN來講要求網(wǎng)絡(luò)具有自投用功能，并能執(zhí)行無線規(guī)劃和輔助節(jié)點位置調(diào)查。,2024/3/30,48,短 程 無 線 網(wǎng) 絡(luò) 的 標 準,IEEE 802.15 WPAN工作組負責制定無線個人網(wǎng)WPAN的通信

44、標準。IEEE 802.15下面有4個分標準： 802.15.1為BlueTeeth（藍牙）， 802.15.2為共存性 802.15.3為高數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN， 802.15.4為低數(shù)據(jù)傳輸率的WPAN。802.15.1、802.15.2和802.15.4均正式公布。 802.15.3工作組因兩個草案投票軍未超過75%，已宣布解散。,2024/3/30,49,HOM

45、E,現(xiàn)場設(shè)備層無線通信,2024/3/30,50,現(xiàn)場設(shè)備層無線通信正進入工控領(lǐng)域,?2004年Honeywell推出基于ZigBee無線傳輸協(xié)議的無線變送器XYR 5000系列，可精確檢測表壓力、絕對壓力、溫度，還有4-20mA接口，供其它傳感器轉(zhuǎn)為無線輸出。?OMRON推出的無線鏈接DeviceNet現(xiàn)場總線主站：WD30-ME和從站：WD30-SE，最多可支持DI/DO各1600點的通信。已成功應用于豐田汽車裝配線的控制系統(tǒng)中

46、。,2024/3/30,51,現(xiàn)場設(shè)備層無線通信迅速進入工控領(lǐng)域，其中一個突破口是現(xiàn)場總線和無線通信技術(shù)的結(jié)合。以下是若干有象征意義的動作和產(chǎn)品:,現(xiàn)場設(shè)備層無線通信正進入工控領(lǐng)域,德國schild knecht公司推出的無線Profibus-DP產(chǎn)品DE 3000系列，可在主站與多個從站之間建立無線鏈接。其使用的載頻為2.4GHz，數(shù)據(jù)包 187.5KB，無線通信協(xié)議分別是： IEEE 802.11b(數(shù)據(jù)傳輸率11Mb

47、it) IEEE 802.11(數(shù)據(jù)傳輸率1Mbit) IEEE 802.15.1(數(shù)據(jù)傳輸率700Kbit) HART通信基金會HCF投資開發(fā)新的技術(shù)能力和工具，無線HART已成為開發(fā)重點，成立的無線工作組正在制定新的技術(shù)規(guī)范，要求HART無線通信技術(shù)保證支持產(chǎn)品的互操作性，提升HART智能儀表的智能和可連接性，預計在2006年上半年完成規(guī)范草案，并與工業(yè)無線組織如SP 100無線

48、委員會協(xié)調(diào)、合作，以確保工作的連續(xù)性和均衡性。,2024/3/30,52,,WLANWPAN,結(jié) 束 語,無線傳輸進入工業(yè)控制領(lǐng)域的趨勢無可置疑。有人估計再過四、五年，即2010年前，大多數(shù)儀表和自動化產(chǎn)品都將嵌入無線傳輸?shù)墓δ?。無線技術(shù)首先會用在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備資產(chǎn)管理、診斷維護等。當前較適宜應用的行業(yè)可能有：物流過程（裝運狀態(tài)監(jiān)控）、汽車制造、食品加工、制藥和流程行業(yè)（設(shè)備資產(chǎn)跟蹤、監(jiān)