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无线仪表的拓扑结构

作者:Peter Welander2008.04.16阅读 5988

  无线仪表的时代,你知道如何从仪表和控制系统中获得信号吗?这里可以给您一些关于永载仪表选择方面的帮助。

  任何在最近几年读过Control Engineering或者其他类似刊物的读者,都会注意到关于无线仪表和更大规模无线工厂整合方面长篇累牍的讨论。正如“现场总线的论战”,无线方面的讨论也热闹之极,但是无线技术的潜力却是谁也无法否认的。如果你正在考虑将这项技术引入到你的工厂里,你有很多的选择。这篇文章主要讨论永远安装的过程仪表和相关离散设备的修改,另外大型工厂整合、雇员定位、无线工人修改其他诸如此类的概念也会有所涉及。
  同有线的世界一样,从指定设备传递信号到大型控制系统可以有很多种方法,你可以任选其一“连”上你的无线设备。无线领域最大的不同在于共享的介质,有线的世界里更多的设备需要更多线,而无线的世界里更多的设备则需要更大的带宽,如果给定频率的话。从实际的角度来讲,加线意味着增加成本,并且对于导轨和线圈有一个物理上的约束。而对于无线,带宽什么时候超过了极限似乎并没有什么明确的规定。尽管各个工厂的要求不同CONTROL ENGINEERING China版权所有,但是很少发生无线不能提供清晰信号的情况。

无线仪表的拓扑结构如图

  仪表/无线电配置
  

最近的很多讨论都和选择越来越多的带有无线通信功能的仪表相关。变送器拥有伸出的触角,无线电模块是电子元件的一部分。尽管整合无线已经变得很容易,但是选择依然是有限的。绝大部分生产商只是在简单设备中加入了无线功能,比如很多温度和压力传感器,但是像科里奥利流量计这类复杂的元件却很少采用。通常是否加入无线功能是由设备电池的供电能力决定的,所以像电磁流量计这样的高耗能元件不能考虑。

无线仪表的拓扑结构如图

  也有一些供应商提供无线通讯模块,可以附加在现存的仪表上。这些通常接受标准的模拟和数字通讯协议,比如4-20 mA,并且还有一些可以处理比特级别的设备。变送器通常独立供电,通过外部电源或者电池,这就增加了可能的选择,以涵盖来自任意制造商的所有仪表www.cechina.cn,但是需要添加独立设备。根据给定应用的需要,这可能花不了多少钱。

  供电选择
  使用无线解决方案的动力,通常来自消除电缆连接的渴望和需求。但是,这意味着每条电缆都要去掉吗?当在旋转式干燥炉的一侧加载温度传感器的时候,所有的线连接都必不可少。另外,有的时候去掉数据线就已经足够了。如果一台仪表和它的I/O节点相距遥远,但是与主电源很近,那为什么不使用它呢?即便可以使用几年,电池的寿命也总是有限的,并且还限制了变送器可以获得的电量。一个更高电能的信号通常也是更稳定和可靠的,所以当可以使用电源的时候还是应该使用。
  当主电源不易使用,或者电能消耗太大不能使用传统电池供电的时候,还有很多其他的选择,比如太阳能收集器。对于这篇文章来讲,电池供电的讨论是假定它是自己自足的电池组。

  通讯协议
  因为创建通讯协议的复杂性,仪表生产商通常与IT或者消费产品生产商使用同样的协议。你的无线压力传感器可能正使用ZigBee或者蓝牙发送读数,现场总线部门的无线回程也可能使用Wi-Fi或者蓝牙。
  出于很多原因,通讯协议不应该成为首要的选择标准。即使同样使用ZigBee,A公司的无线压力传感器可能也不能与B公司的传感器发生联系CONTROL ENGINEERING China版权所有,每一种协议的技术能力和限制都倾向于独自使用。

  安全性
  大部分的无线设备最近都得到了发展,对于网络安全性的担忧却在当前运行的所有平台上弥漫。无线仪表主要通过以下两个技术保护自己:
  首先,通过使用变送器供电和天线定向,信号可以被以一定物理形式储存。这最大限度的减少了数据从工厂外泄的可能,防止黑客窃听、插入伪造数据以及侵入大型网络。很不幸CONTROL ENGINEERING China版权所有,很多的实际应用并没有做到这一点,尤其是在拥挤地区的厂房里。
  其次CONTROL ENGINEERING China版权所有,大部分系统可以同时进行数据编码和认证。数据不仅以一种外界难以破译的形式发送,仪表在连入网络进行数据传输之前也必须进行认证。平台为每台设备设置了复杂的ID代码,排除了伪造设备的可能性。高层IT系统中适当的防火墙也可以将黑客阻止在仪表网络之外。

  升级速率,数据类型
  大多数的无线仪表设计用来在指定的时间间隔内报告流程变化,当标准的有线4-20 mA持续发送信息时,它对于一个流程很少是必要的,除了在最重要的场合。无线设备通常将信号数字化,无论值是多少都在指定间隔将其发回,这样的间隔可能是一秒,对于一个重要的数据点可能更快,而对于那些不经常变化的值也可能是一小时一次。快速的更新速度消耗了大量的电力,因为无线电需要更长的时间传播,所以间隔通常是和电池寿命关联的。并且,在路径指定的情况下,报告的速度影响可以进行通讯的设备数量。高速度意味着设备数量少而电池寿命短,所以不要在过程的实际情况情况的基础上再任意的缩短时间间隔。
  有些平台支持报警功能,当变量超过了警戒线的时候,平台上的设备即便预置了一个相当长的报告周期,也会不顾预定

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