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無線:簡單、安全、可靠、成功

瀏覽次數: 日期:2013年11月29日 18:02

新剑侠情缘qq开服时间 www.otmtt.icu 作者:Jim Montague,CONTROL ENGINEERING 新聞編輯 [轉載]

工業無線解決方案正大量涌現,好幾種標準都在努力為控制和自動化應用找到最有效的解決方法。本文介紹了在工廠底層和現場的用戶怎樣運用無線技術減少麻煩、獲得較好效果的經驗。

  每個人都這樣做,你也可以。首先,請不要在意目前圍繞“無線”概念的各種大肆宣傳,諸如可預知未來或其他含糊其詞甚至完全胡扯的謬論。并且請完全忘記諸如蜂窩移動電話、筆記本電腦、黑莓技術和其他基于便利性的傳統的“無線”應用。
  現在,請試著把無線設備純粹當作傳統硬接線和連接器的替代品。這種無線應用確實存在,而且正在迅速增加。然而如同任何其他控制和自動化項目一樣,第一個關鍵是找到合適的解決方案,對于無線應用尤其如此。無線應用通常要進行徹底的現場調查,以便搞清用戶在各種應用中的不同需求和遇到的問題。
  “當你在過程控制應用中處理任何潛在的危險品時,必須確定你能夠控制它。許多事情都有可能發生,但是如果導線斷了,那么操作就必須停止,”HART通訊基金會的技術規程總監Ed Ladd說。“正在考慮無線應用的許多用戶擔心的一個問題是:無線通訊在理論上是可以在未經許可的情況下被別人控制或截獲。導線就不會遇到這種情況,因為它是物理連接。”
  為了改變人們的某些觀念,必須讓他們看到正在使用的無線設備和網絡。“我們在實驗室和實際的工廠中建立了演示系統,向人們展示無線網絡是怎樣處理溫度和壓力讀數的。當親眼看到信號強度信息,親眼看到數據傳輸進來時,無線傳輸的概念就會逐漸在人們的觀念中變得真實起來了,”Accutech公司的銷售和市場副總裁Cliff Lewis說。“大約100年前,當人們建立電的概念時也遇到過同樣的麻煩。”


據Elpro介紹,ExxonMobil Chemicals公司在拉丁美洲Baton Rouge的工廠最近有機會每月節省100000美元,如果他們能夠找到辦法控制由Entergy公司運營的電廠中的一個蒸汽控制閥,電廠距離Baton Rouge工廠有1.5英里之遙。ExxonMobil Chemicals公司的工程師面對的問題是采用硬接線來實現這個控制非常困難,因為這樣化工廠現有的基礎設施和電纜就必須穿越好幾個其他公司的界區范圍。ExxonMobil Chemicals公司的Clint Rabalais和Max Hohenberger都這樣認為。
  為了采用無線方式來實現這個方案,Exxon-Mobil Chemicals公司的工程師采用了一對Elpro公司的905U-1擴頻無線設備。據Elpro公司介紹,這些??椴捎梅淺?煽康?、用于加密通訊甚至外部干擾環境的傳輸協議。另外,由于905U??櫬形尷呤輾⑵?,因此他們可以相互通訊來管理數據流。
  那些工程師還補充道:ExxonMobil Chemicals公司很欣賞這種模式,這樣可以允許多個系統在無線范圍內操作或是在同一個多站支路上操作而不會帶來串線干擾或故障。最后這個解決方案采用了一個簡單的、由2個單元組成的網絡系統,其中一個單元用作信號輸入單元,另一個用作信號輸出單元。Elpro公司的??櫚僥殼拔掛丫滄霸誦辛舜笤?年,它們的性能、可靠性、靈活性和可升級性很受用戶的歡迎,由于現在可以通過該系統控制電廠的蒸汽閥門了,這使ExxonMobil Chemicals工廠可以節省大量的運行費用。

新標準出現了

  為了跟上技術和解決方案的發展腳步以及為用戶獨特的應用找到最佳解決方案,幾個標準組織正在起草新的建議或標準。
  雖然無線標準也會像以前為現場總線制定標準時一樣發生許多爭執,但是一些觀察員相信:以太網和其他創新技術的發展將會解決大多數爭論,甚至有可能在爭論發生前就已經解決了。這是因為國際電氣和電子工程師協會幾年前就開始著手編制無線的相關標準了,而且已經起草了大多數無線技術應用的主要原則,例如IEEE 802.11無線局域以太網標準、802.15.1藍牙標準、802.15.4 ZigBee標準。ZigBee采用直接序列、擴頻技術(DSSS),這種技術抑制電氣噪聲的性能不如FHSS。
  IEEE 802.11委員會和工作組現在正在開發802.11i協議,用來加強無線傳輸的安全性。它采用256-bit加密技術。他們也正在研究802.11n協議,用于實現快速相移信號的多輸入/多輸出(MIMO)。
  跟藍牙技術有關的利益集團(Interest Group)也在準備發布Bluetooth 2協議,它可以把藍牙的功率從小于100mW提升到1W,從而將其應用范圍從30英尺擴大到100米,使藍牙技術可以在更多應用場合使用。
  雖然其他標準還在不斷發展,有消息稱 WiFi和 ZigBee將會成為這些未來標準的基礎協議。
  “在無線技術發展當中的關鍵問題是操作多個設備,克服高噪聲的環境和可靠的把數據發送到服務器。ZigBee技術在這個方面做得非常好,” Ember 公司的市場副總裁Venkat Bahl說。他還補充說Ember 公司現在正在提高安全水平,加強對基于ZigBee的網狀網絡解決方案的硬件、軟件支持。“現在無線技術使以太網可以達到它以前不可能達到的地方,無線技術可以把大量的數據采集到數據集合點,然后以太網可以從這一數據集合點把數據送往更高的層次。”
  為了進一步幫助制定現場層的無線控制和自動化的實施程序,ISA(儀表、自動化和系統協會)最近在它的標準部門中組建了ISA-SP 100委員會。這個委員會將制定標準、推薦實例和技術報告,委員會計劃在2005年中舉行首次發布會。
  早先,幾個公司為響應美國國防部的指令而組建了無線工業網絡聯盟(WINA),它可以為用戶提供無線應用培訓。他們正在起草一個用戶導則,并計劃于2005年晚些時候發布。無線工業網絡聯盟(WINA)很有可能同ISA-SP 100協調工作。WINA也希望向用戶推薦ZigBee。

無線網絡的安全

  Mike Zachan, DPAC Technolo-gies 公司Airborne 產品部副總裁,他認為大多數無線網絡的安全問題都可以通過結合運用下列技術進行解決:
  ◆ 加密編碼:這項技術在大多數無線設備中已經包含了128 bit 或194 bit的加密編碼,并且建立了一個管理密匙的過程,可以用來加密或解密無線網絡上運行的數據。這些密匙與內部算法相關聯,采用最新的“動態變化“技術,可以防止未經許可的數據獲取。
  ◆ 數據鑒別。就像采用密碼口令來鑒別用戶一樣,數據鑒別可以判別一個無線數據接入點的真偽。這項技術通過提交和接收關鍵字和其他預先編制的只有主機和客戶設備知道的信息來實現。這類方法包括WiFi 接入?;ぃ╓PA) 和Cisco 公司的輕量可擴展鑒定協議(LEAP)。

  同樣地,HCF報告說他們新近發布的無線HART標準將會確保在無線環境中與HART設備實現無縫的、可互操作的連接?;鴰岬奈尷逪ART工作組計劃于2005年晚些時候或2006年初提出快速追蹤草案的規范。這個工作組將會和諸如ISA-SP 100等其他工業無線組織協作,使不同標準機構可以長期的向同一個方向努力。
  “這個工作組的任務是定義一個規范,用無線調制解調器的物理層來替代現有的HART頻移鍵控調制解調器(FSK)的物理層。工作組正在評估當前所有的工業無線協議技術(Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee等)。HART的關鍵是在普通耗電水平的二線制HART設備上平衡可靠性、應用范圍和速度之間的關系。“Ladd補充說。
  另外,IEEE P1451.5傳感器和變送器標準的研發者正在找尋一種途徑,試圖用發展中的無線技術來整合變送器電子數據表格技術(TEDS)。
  ProSoft Technology稱他們已經開始給無線設備增加OPC標記,并且為無線設備配置了OPC服務器。這些標記和服務器可以顯示無線網絡的信號強度,當信號強度低于設定值時,可以通過現有的HMI軟件產生一個提示。按照ProSoft 公司全球無線技術銷售部的Kevin Zamzow的說法,“如果你有一個鏈接指示和信號強度指示,那么你就可以知道數據通道在正常工作。我們只是利用OPC使它們在HMI上可視化。”
  最后,無線網絡很可能會向兩個層面發展。一方面帶有ZigBee芯片和小型長壽命電池的傳感器向空中輻射信號,然后第二個網絡根據需要接力傳送這些信號。Elpro的總裁Graham Moss這樣認為,第二個網絡將會克服ZigBee的50~100英尺的工業應用距離限制。“Elpro處于第二個層面,不過我們看到一些在第一層面處于領導地位的公司(例如Emerson Process Management、Foxboro和 E+H公司)正在向他們的傳感器和現場設備中內嵌ZigBee芯片,”Moss說,“這意味著ZigBee 已經證明了自己的優越性。”

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