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(多图) 无线通信网络--在工控领域的应用现状及前景

来源:中国测控网/ 上海工业自动化仪表研究所 彭瑜?? 2006年04月27日 ?? 收藏0


?????? 考虑到无线局域网在工业企业中的安全性和适用性问题,制造业的企业一度暂时放缓了建立无线局域网的步伐。2004年10月美国IDG公司的市场调研人员发现,在美国流程工业中53%的企业、离散型制造业中39%的企业程度不等地应用了无线局域网技术。在这些应用中很多是集中于物流的仓储、运输和装卸。估计在安全性问题很好解决后,在制造业领域中无线局域网的应用将会迎来一个高潮。

?????? 工业WLAN比一般企业办公和家庭应用环境用的WLAN要求要高许多,可归纳如下:

?????? (1)严格的延迟要求:用于现场设备要求延迟不大于10ms,用于运动控制不大于1ms,对于周期性的控制通信,使延迟时间的波动减

至最小也是很重要的指标。

?????? (2) 确定性性能的保证:保证确定性是对任务执行有严格保证的工业通信系统必备的特性。即使设备处于漫游状态也有此要求,否则会丧失实时性能。

?????? (3)支持大量设备挂网,并容许挂网设备的接入数量可随机变化:工业WLAN的接入点约为数百个的数量级。若节点过多和接入的节点数有变化,有可能导致IEEE 802.11的MAC协议层效率太低。

?????? (4)网络安全的保证:满足安全保密法规是工业WLAN的基本要求。包括防止黑客用户的侵入及对这些接入点的检测等。

?????? (5)网络投用的保证:由于运行故障是不可接受的,因此对于有几百个设备节点的WLAN来讲,要求网络具有自投用功能,并能执行无线配置和辅助节点位置的自动搜索。

?????? IEEE 802.11在技术上并不能提供确定性的保证,但在802.11e 中给出了在MAC层支持多传输介质应用及保证通信质量QoS的扩展。一方面解决了在MAC层的优先级服务,另方面又通过轮询规约(polling protocol)实现多介质的通信调度。由于轮询在本质上具有确定性,因而可以避免由802.11的信道争用和指数补偿而造成的延迟。为了防止轮询可能带来的不良问题(如在需要发送的数据尚未形成之前轮询信号已到,那么该数据的发送则不得不再等待一个轮询周期),需要通过自适应轮询算法保证现场设备同步。

?????? 由此可见,虽然工业WLAN的市场容量相对较小,但性能要求却很高。工业WLAN的产品应灵活地通过软件模块实现802.11的分标准。如Siemens已问世的产品SCALANCE-W,就可提供工业QoS和快速漫游的解决方案。
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?????? 无线信息传输主干网

???? 通过无线信息主干网将无线现场短程网和有线现场总线

????????????????? 图3? 通过无线信息主干网将无线现场短程网和有线现场总线、以太网组合

?????? 由于ZigBee是短程网,不可能覆盖整个厂区,加之原有的现场总线也很有效,所以设计了一种无线信息主干网系统。通过建立发射功率较大的无线信息主干网(WIB,Wireless Information Backbones),可将ZigBee传感器的信息传输给各种挂在以太网、现场总线上的物理设备(如图3)。WIB的节点一方面是无线网络上的一个节点,另一方面又起着无线通信协议和其他有线通信协议的转换作用。实践证明,采用1W的发射功率,WIB就可穿透多数的工厂和成套设备。这样,ZigBee因其发射功率小、易受钢结构所衰减、传输距离短等固有问题,完全可以通过WIB予以解决(参见图4和图5)。而其低功耗、低成本、传输可靠性高、简便实用等优越性又可以充分被利用。


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