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整合新旧无线系统的四个建议

作者:www.cechina.cn2014.12.09阅读 1738

  新无线技术,如4G LTE、改进的Wi-Fi以及低功耗的蓝牙技术,将增加新设备的类型以及基于云的分析。在可以预见的将来,新技术将会与传统的机器到机器(M2M)监视系统共存。正如在本文中对水井监视系统的研究所显示的www.cechina.cn,新无线技术不会使现有的M2M数据网络和连接设备消失。新无线网络技术包括:
  ■ 4G LTE。由于网络工程师建造出的4G LTE网络,可以提供极大带宽和较低延迟,因此4G LTE提供的高带宽将成为有线连接的替代方案。
  ■ 改进的Wi-Fi。Wi-Fi技术的改进,使得诸如传感器等远程设备变得越来越小,越来越智能,也使得在网络边缘定位出无线智能设备变得越来越容易。
  ■ 低功耗蓝牙技术(蓝牙LE,也被称为智能蓝牙)。采用低功耗蓝牙技术,仅用一块电池,设备就可以运行数月或数年CONTROL ENGINEERING China版权所有,同时工程技术人员可以利用诸如平板电脑、智能手机等手持设备与其通讯。

图1  传感器将数据传递给人机界面。所有图片来源:B&B电子。

  这些新无线技术与传统无线技术协同工作,为用户带来令人激动的新功能。
  为实现该目的,网络工程师需要适应传统的M2M技术,其中有些技术已经有好几十年的历史了。必须对其做适当的准备,以便能够实现从Modbus向TCP/IP的整合和转换,以及无线传输多种数据网络协议。当将数百万更小、更智能、更强大的节点加入到网络时,需要利用无线技术来保证现有设备的连接和通讯。

图2  传感器系统集成移动回传线路功能。


  远程水井监视系统
  在美国亚利桑那州的沙漠中,我建设了一个水井监视系统试验场。这是为亚利桑那州皮纳尔县水井业主的消费合作社建造的水箱监视系统,其目的是通过监测和汇集水泵电流,来预测系统故障。将智能或分析技术整合进系统,使得系统可以检测到随时间发生的变化,并以此为依据做出决策。目前www.cechina.cn,系统可以发送SMS(短消息)给技术人员,以便抢在灾难性故障发生前安排维护工作。

  当实际环境可行时,我会倾向于在系统中使用新的网络技术。但是只要现有设备能够继续有效的完成其工作,并且费用合理,就不对其做改变。为了更直观的描述,可以想象一下一直保存在工具箱中的胎压计。最新的、数字化设备更容易读取数据。但是它们有时成本也更高,需要电池,而且更脆弱。
  无论是现在或将来,要升级这个无线监视应用,将新无线技术与现有的、传统的无线技术功能整合起来,需要考察以下4个方面。

  1.集中采集和分析传感器数据
  在皮纳尔县现场,我最初的设计使用了无线I/O(输入/输出),将来自压力传感器、电流传感器、液位传感器传递到无线调制解调器上,并通过无线调制解调器与现场的人机界面(HMI)连接。如图1所示,这是一种传统的收集某个区域所有数据的方式。但是必须人在现场才能看这些数据。

  2.通过蜂窝网络增加无线网络接入
  后来,我在系统中增加了3G蜂窝路由器。通过蜂窝网络,可以提供到互联网络的连接,这样就可以不必亲临现场。现在,只要能够建立网络连接,我就可以在任何地方查看数据。路由器有内置的防火墙以及强大的安保协议,如果与虚拟私人网络(VPN)联合使用,那么,使用移动系统就和使用我个人的网络设施一样安全。(见图2)。但是请注意控制工程网版权所有,我没有必要抛弃Modbus传感器、I/O无线发射器或者无线调制解调器。在现场增加蜂窝网络,我只是扩展了系统功能。并没有全盘推倒,重头再来,所以我也不需要更换现有的设备。
  在这一点上,你可以说我仅仅是利用蜂窝路由器作为协议转换设备,具有回程线路可供选择。但是正如我将新的设备和新的网络协议增加到系统中一样CONTROL ENGINEERING China版权所有,我正在更好地利用路由器的强大功能所带来的优势,将其作为具有多个回程线路的数据聚集器。举个例子来说,现在我已经将IP安保监视器连接到路由器网络端口,这样我不仅可以远程监视来自传感器的数据,还可以实时查看现场。

  3.开发数据聚集和回传功能
  如果我觉得必要,现在就可以对现场进行无数种升级。如果我需要完全的运动视频,我可以升级到4G LTE路由器,利用4G的带宽优势。我也可以使用能够直接向移动路由传递数据的Wi-Fi传感器来代替旧的传感器和I/O无线发射器,从而使安装更加流线化,如图3所示。

图3  4G LTE路由器具有Wi-Fi功能。

  4.部署未来的无线技术和传感器应用
  随着需求的增加,我会做适当的改变。在未来的某个时候,我确信我会为现场增添新的网络技术和其它的传感功能。能够测量管道或容器剩余厚度的腐蚀传感器,可以告诉我们水箱的状况如何,我是否应该考虑更换新的水箱了。如果临近地区新建了工厂,我需要密切关注水井水质,注意污染情况。还会出现新的传感功能,很可能我会发现其中某些功能可资利用。
  现场将一直是无线监视和传感技术的结合。所以,正如大多数网络系统一样,我的水井监视现场也会持续演化,也会一直是传统技术和新技术的结合。对任何使用目的来讲,没有某个技术是最优的或者是最具性价比的。
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