“無線網(wǎng)絡是許多過程工廠的重要組成部分，它具有諸多優(yōu)勢。制造業(yè)對無線網(wǎng)絡的接受程度正在持續(xù)增加，在越來越多的工程中獲得應用。

”在10多年前，無線網(wǎng)絡就已經(jīng)成為過程工業(yè)的一部分。工廠設施采用無線網(wǎng)絡的原因有很多，但通?？梢詺w結(jié)為以下兩類。

第一類是被動的：主要用于已經(jīng)飽和、無法繼續(xù)增加線纜的有線基礎設施，或電纜難以到達的區(qū)域。

第二類是主動的：無線網(wǎng)絡是快速擴展儀表和通信功能區(qū)域的關(guān)鍵手段，無需較高的成本、較長的安裝時間，也并不需要有線儀器所需的停機時間。

無論是出于哪種原因，最終目標都是提高設施的生產(chǎn)率和員工效率。傳統(tǒng)制造企業(yè)面臨著具有豐富經(jīng)驗的技術(shù)人員減少且工人總數(shù)減少的趨勢，急需提高效率以確保其在行業(yè)內(nèi)的競爭力和持續(xù)的盈利能力。

當今的無線網(wǎng)絡協(xié)議，已經(jīng)可以滿足制造業(yè)對工業(yè)通訊提出的苛刻要求：

?可靠的通訊；

?安全的數(shù)據(jù)傳輸；

?確定性通訊；

?受控的功耗。

>>>Wi-Fi和其它現(xiàn)場網(wǎng)絡<<<

大多數(shù)人在談到無線網(wǎng)絡時，他們首先想到的是將計算機、電話、平板電腦和其它設備連接到辦公室、家庭甚至工業(yè)網(wǎng)絡的無線以太網(wǎng)絡（Wi-Fi）。雖然Wi-Fi應用非常廣泛，并且適用于各種各樣的應用，但其高功率要求和高耗電特性，對于電池需要使用數(shù)年的測量設備來說是不切實際的。盡管如此，無處不在的Wi-Fi設備及其提供的高帶寬，使其適用于其它用途的無線工廠網(wǎng)絡（WPN）（圖1）。

圖1：無線工廠網(wǎng)絡通常包括由無線以太網(wǎng)支持和協(xié)調(diào)的多種類型的網(wǎng)絡。本文圖片來源：艾默生

Wi-Fi最常見的用途包括移動工作者應用程序，用于安全和安保的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及類似的應用程序。在考慮無線工廠網(wǎng)絡時，有一點需要注意：典型的過程工廠環(huán)境，不如家庭或辦公室那樣有利于通訊。較高的金屬密度、多種電磁噪聲源以及工業(yè)環(huán)境中各種惡劣的條件，通常要求設施或工廠中的接入點密度更高，特別是在噪聲源的周圍。

大多數(shù)情況下，部署無線工廠網(wǎng)絡，不僅僅是信息技術(shù)（IT）團隊的責任。習慣于在辦公室環(huán)境中工作的安裝人員，對過程工廠中可能出現(xiàn)的問題并不是十分的了解。網(wǎng)絡運行可能不一致，導致用戶喪失對無線工廠網(wǎng)絡的信任。在設計無線工廠網(wǎng)絡時，最好聘請具有工業(yè)自動化經(jīng)驗，并對在工廠設施中安裝Wi-Fi的設計要求有透徹了解的供應商。

用于無線工廠網(wǎng)絡或在地理上分布更廣泛的網(wǎng)絡（例如市政水或電力系統(tǒng)）的Wi-Fi替代方案，包括長期演進（LTE）和無線互操作微波接入（WiMax）。這些網(wǎng)絡標準可提供應對覆蓋距離、帶寬、移動性和網(wǎng)絡支持的不同方法。在某些情況下，部署可能需要商業(yè)網(wǎng)絡提供商的參與，也可以能自行安裝和維護。不過需要注意的是，雖然LTE和WiMax適用于很多應用場景，但并不適用于過程儀表網(wǎng)絡。

可以在工業(yè)環(huán)境中應用的另一種商業(yè)協(xié)議是藍牙（Bluetooth），以及后來的低功耗藍牙（BLE）。藍牙的最初設計，旨在替代短距離、點對點電纜連接。在工業(yè)中的應用，包括將筆記本電腦連接到可編程邏輯控制器，以便在沒有物理電纜的情況下進行配置和維護，以及其它類似的短距離應用。

>>>主要的無線網(wǎng)絡標準<<

支持用戶接受無線的一個積極因素，是無線現(xiàn)場儀表網(wǎng)絡標準協(xié)議的制定。與無線過程儀表相關(guān)的兩個主要標準是：ISA100.11a-用于工業(yè)自動化的無線系統(tǒng)：過程控制和相關(guān)應用，以及WirelessHART。雖然這些標準的內(nèi)容大部分相同，但它們的方法存在明顯的差異。兩者都在供應商和用戶中建立了良好的聲譽。

首先進入市場的是WirelessHART，作為一個開放式的可互操作無線通信標準，用于滿足流程工業(yè)對于實時工廠應用中可靠、穩(wěn)定和安全的無線通信的關(guān)鍵需求。第一批WirelessHART現(xiàn)場設備于2007年發(fā)布。為了克服工業(yè)應用中固有的干擾問題，WirelessHART使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡（圖2），其中每個設備充當網(wǎng)絡的中繼器，為信號提供多條路徑來接入網(wǎng)絡或網(wǎng)關(guān)。

圖2：使用WirelessHART，網(wǎng)絡上的每個設備都可以用作儀表和轉(zhuǎn)發(fā)器。

由于它是由FieldComm集團專門為工業(yè)應用而設計的，因此任何制造商生產(chǎn)的經(jīng)認證的設備都可以相互交互。此外，針對測量和控制應用，對帶寬利用和安全因素也進行了優(yōu)化。由于無線儀器通常由電池供電，因此該協(xié)議旨在最大限度地降低功耗。根據(jù)給定設備向主機提供測量更新頻率的不同，電池的使用壽命可長達10年。

ISA100.11a標準的制定是一個長期項目，直到2009年才完成。其由國際自動化學會(ISA)下屬的ISA100工業(yè)無線委員會制定，于2014年09月獲得了國際電工委員會（IEC）的批準，成為正式國際標準IEC62734。ISA100系列標準涵蓋了更廣泛的無線應用，ISA100.11a標準是其中的一部分。ISA100.11a專門用于無線儀表。設備采用不同的方法來實現(xiàn)網(wǎng)格化，用戶需要確定它們之間的交互方式。這需要比WirelessHART所需的自組織型網(wǎng)絡更多的網(wǎng)絡管理。

ISA100.11a設備廣泛安裝，以便現(xiàn)場設備直接與一個或多個接入點通信，然后接入點與無線網(wǎng)關(guān)設備通信，該無線網(wǎng)關(guān)設備調(diào)度通信并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到主機系統(tǒng)。當需要提高信號可靠性時，ISA100.11a設備也可以按照在網(wǎng)狀網(wǎng)絡中運行進行配置，但這會縮短電池壽命。

在某些應用中，一些低功率廣域網(wǎng)已經(jīng)獲得應用，并獲得不同程度的成功。這些協(xié)議最初應用于超大區(qū)域內(nèi)超低帶寬的通信，例如用于供電和供氣公司的智能功率表，這些儀表通常每天只需要發(fā)送一次更新數(shù)據(jù)。盡管它們傳輸范圍極廣，但由于只需要這些協(xié)議具有極低的帶寬和以及較慢的更新時間，因此它們并不適合大多數(shù)工業(yè)監(jiān)控應用。

>>>無線工廠網(wǎng)絡<<<

在無線工廠網(wǎng)絡與無線儀表網(wǎng)絡協(xié)同運行的情況下，工廠人員很快就意識到它們的諸多優(yōu)勢（圖3）。例如，利用現(xiàn)場移動工作人員的應用程序，工廠人員可以訪問控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過提高運行人員和工程工作流程的效率，回路調(diào)試時間最多可以縮短50％。諸如位置監(jiān)控之類的其它應用，可以顯著改善事故期間的整合，而且無線攝像機可以提供顯著的安全性和運行收益。

圖3：從工廠的任何地方訪問無線網(wǎng)絡的能力提供了無數(shù)的優(yōu)勢。

從無線儀表市場的現(xiàn)狀來看，WirelessHART正逐步進入主導階段。石油和天然氣、石化、電力和其它過程工業(yè)市場中的大多數(shù)大型工業(yè)用戶，已經(jīng)安裝了WirelessHART網(wǎng)絡。

>>>擴展無線儀表的應用<<<

第一代無線儀表全部都與過程變量有關(guān)，但用戶很快意識到所提供的附加數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)資產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測和其它應用。雖然節(jié)省布線成本仍然是一個主要優(yōu)勢，但無線儀表和網(wǎng)絡的最大價值在于能夠促進普及傳感系統(tǒng)。

隨著終端設備和網(wǎng)絡成本的下降，在很多應用中，工廠運營商收集數(shù)據(jù)和支持決策的能力將逐步增強。

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