WLAN在办公室已经得到了成功应用,现在该是进军工厂应用层的时候了。
高性能无线局域网(wireless local area networks,WLAN)的优点引发了在工业领域的广泛兴趣。虽然还只是处于初级阶段,但Frost & Sullivan预计,至2006年其在工业安装量将是现在的4倍。
无线连接使用射频频谱(RF spectrum)的特定网段,大多数国家都为此规定了一系列的频段。在自动化领域的发展主要集中在2.4 GHz的无线频段,因为这提供了一个宽阔的传输频谱,并可用于全球,且不需要认证。这些频率也用于办公室环境,采用IEEE 802.11b和802.11g标准CONTROL ENGINEERING China版权所有,以及蓝牙标准。
快速传输大量数据
在2.4 GHz带宽中,有两项技术是用于快速传输大量数据:跳频展频技术(Frequency Hopping Spread Spectrum,FHSS)和直接序列展频技术(Direct Sequence Spread Spectrum ,DSSS)。
采用FHSS,数据信号在84 MHz带宽内传输,并持续改变载波的频率。这里发送器和接收器同步改
DSSS是避免干扰的另一种技术,使用快速伪随机序列(pseudo-random sequence)对每个数据bit编码。采用这种方式,数据信号可被极大的扩展,每个bit作为一种噪声传输,通过所有84 MHz带宽。在接收端控制工程网版权所有,发送器的伪随机序列被识别,信号重新生成,同时无线连接的干扰信号被传播,也就是说,极大地加宽带宽,电平显著降低。这样,干扰的窄频源也不对这一技术产生影响。
使用两种天线
在一定的时间帧内,通过一个无线连接,数据能可靠地传输,这取决于连接的空间特性。例如,在过程工业中,空间通常是位于两个个设备之间的自由的直线空间,通过RF连接。但这种有利的条件不可能总是存在,在自动化工厂中控制工程网版权所有,即使是自由的直线空间,接收条件也有能变差,比如机械的金属零件会产生反射。这里,常使用术语"无线错误多发地带(wireless black spot)"。
实验表明,自由的直线空间内,制造业建筑物内的RF连接的可靠距离大约为30米。由于电信技术的飞快进步,RF连接的稳定性也在不断的增加。为补偿由干扰产生的RF "洞",接收器现在一般都配备有两个天线。
一些研究项目,如FunBus (适用于生产环境的无线现场总线)和Rfieldbus(高性能无线现场总线CONTROL ENGINEERING China版权所有,适用于工业多媒体环境)正在不断提高工业环境中的无线通信性能。
VDI/VDE的测试测量和自动化控制协会Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik 已经起草了一项包括2,185项准则的标准,以达到系统化,从而简单化对系统的选择,能从众多的自动化应用中,选择合适的、基于需求的无线技术。
RF连接是开放的连接方式,因而,除传输和接收设备、天线之外,如传输的安全性,以及防止未授权的侵入,也显得非常重要的。授权和密码机制目前在IT行业十分普遍,但对自动化行业不是十分合适。这个问题在新的安全机制 IEEE 802.11i中有所改进。不断增长的安全总是与通讯协议资源负荷(Protocol overhead)相关,它会降低有用的数据速度。但是CONTROL ENGINEERING China版权所有,在自动化行业中,数据的量大多时候是较小的,所以这个问题不是十分突出。
很快将在工业得以应用
多种不同的无线连接同时运行,如WLAN和蓝牙出现在同样的频段和同样的位置,这是一个重要问题。大多数的宽带连接,都要承受多种干扰,不依赖于跳频或直接序列的使用。如果工厂采用了适当的预防措施,这个问题是可以防止的。
不久,无线通信将在自动化工程领域成为标准。可应用于工业场合适当的设备也将很快出现。