如何在整个制造过程中扩展无线I/O

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无线输入/输出(I/O)模块的使用在工程、安装和后勤方面节省了大量可衡量的成本，并提高了现场数据收集的频率和可靠性。因此，随着这种无线现场基础设施的出现，公司可以实现增量生产结果和更有效地使用资金。对及时信息的可靠访问有助于公司建立并保持良好的运营态势感知。

许多无线I/O应用程序提供简单的、具有成本效益的监测点测量，以消除人工现场数据收集，提高劳动生产率。另外，在具有中央处理设备的更复杂的应用程序中，无线I/O使用户能够从这些设备中提取诊断数据，从而实现预测智能。预测智能在昂贵的资产、设备或工厂关闭发生之前通知适当的人员问题。

面临削减成本和优化运营的内部压力，企业经理和自动化专业人士将无线I/O视为融合网络的组成部分，以实现以下好处:
•更高的能见度;
•更好的数据集成;
•降低成本;而且
•简化管理。

通过部署无线I/O连接，许多公司发现联网无线资产和工业系统的统一通信是优化运营和降低总拥有成本(TCO)的关键。此外，他们开始接受工业自动化和控制环境的技术。

无线I/O解决了大多数远程监控或控制应用程序，可以解决以前认为成本过高、技术上不可行或缺乏足够可靠性的问题。这些可以带来一个更安全、更有利可图的企业。

无线应用程序

传统上，无线技术被认为是一种可以在超过一英里的距离上发送信号的方式。在短距离应用中存在优势，特别是当I/O数据必须传输几百英尺时，运行电缆和导管会遇到危险和障碍。在这种有线应用中，公司可能会购买和安装更多的电缆，更不用说许可和昂贵的停机时间。此外，根据区域分类，公司还可能需要在每次新电缆安装后重新认证环境。如果这些电缆被损坏，代价高昂的循环将再次开始。

跳频扩频(FHSS)技术可以帮助收发器成功地传递I/O消息，尽管有来自其他设备的竞争信号。FHSS在整个频谱中以一种模式改变载频，这种模式仅由分配到网络中彼此通信的收发器识别。该技术特别适合于在嘈杂、高干扰的环境中发送小信息包，如I/O消息。设备还可以配备外部天线，允许无线电安装在障碍物几英尺内，但通过障碍物或干扰上方的天线发送和接收信号．

无线I/O集成在基础网络中

在下面的图表中，无线I/O被集成到基本无线网络架构中。无论在哪里需要信息，都可以在整个网络中访问现场I/O点。在部署无线技术时实现了规模经济。一旦基础网络建成，部署额外的点是增量的，因此创建了一个“现收现付”的架构。该图显示了无线I/O如何降低总拥有成本(TCO)。

参考图中描述的网络集成了两种类型的无线I/O。首先是电线更换。顾名思义，所使用的射频(RF)技术基本上取代了用于资产硬布线的电线。在这个场景中，无线I/O主机(在图中标识为#6)在基本串行网络中充当点到多点从机，同时充当无线I/O从机(#9)的主机。

从功能的角度来看，无线I/O主机提供了一个串行(RS-232, RS-485, RS-422)数据端口以及一个用于单个模拟和数字I/O点的终端带。模拟和数字I/O点从I/O从机无线传输回I/O主机，并硬连接到远程终端单元(RTU)或可编程逻辑控制器(PLC)。然后，I/O主机将其工作周期划分为串行网络的从机和I/O网络的主机，允许现有基础设施的多种用途。

第二种无线I/O是Modbus。在Modbus无线I/O中，使用相同的I/O从机，但主收音机只是一个串行收音机，通过串口连接到RTU、PLC或监控和数据采集(SCADA)主机，因此不需要在主机上设置硬接线点。使用8位Modbus寻址，最多可集成256个I/O从站(带有完整的I/O)。I/O从机号码为65,535，可以集成到16位Modbus寻址网络中。

来自FreeWave的网络图

组网图图例 1以太网骨干网网关-直接连接到IP骨干网或SCADA服务器，提供比串行无线电更大的吞吐量，并允许多个网络同时轮询。 2以太网骨干端点-无线连接至15英里视线(LOS)，并提供内置的两(2)端口终端服务器，以连接多个串行主机或一台带有诊断功能的主机(如图所示)。以太网端口可能用于ip安全摄像头等应用。 3.串行主-连接到以太网端点上的一个串行端口。诊断可以通过无线电上的第二个端口获得，可以绑定到以太网端点的第二个串行端口。这台无线电提供了长达60英里(LOS)的可靠连接。 4Modbus master -与#3相同的收音机，但配置为Modbus master。 5串行点到多点从机-串行连接到RTU或PLC。 6I/O主配置为点到多点从机-如上所述，数据端口串行连接到RTU或PLC。此外，模拟点和数字点从I/O端子块降落到RTU或PLC。一台无线电允许SCADA服务器轮询RTU或PLC，同时将其作为主机的职责分配给I/O从机。这种设计利用了现有的基础设施投资。 7Modbus I/O从站-这个无线电被配置为点到多点从站，并分配了一个Modbus地址。数据端口也处于活动状态。因此，当SCADA服务器轮询RTU或PLC时，它将轮询分配给任一设备的Modbus地址。但是，如果SCADA服务器轮询与无线电相关的特定I/O，它将轮询分配给无线电的Modbus ID以及适当的寄存器，例如AI1的寄存器30001。 8串行点对多点中继器-这是一个配置为中继器的串行无线电，启用了“从/中继器”功能。无线电作为一个从站，通过数据端口传递Modbus数据，并将信号重复到其他Modbus I/O从站(由#12表示)。该功能利用现有的基础设施投资带来额外的字段I/O点。 9I/O从站-这台收音机是一个电线替换I/O从站。相关仪表直接降落到无线电的端子排(如模拟输入、数字输入、数字输出等)。I/O被映射到无线I/O主机。 10I/O从站-这个收音机是一个Modbus IO从站。相关的仪器降落与上面的#9相同。不需要映射;它的功能与上面的第7条相同。

可扩展性

在示例中，导线替换和Modbus无线I/O解决方案存在局限性。在电线更换中，限制是无线I/O主机上物理终端块的容量。只有一定数量的点可以登陆到I/O主服务器，这样就可以最大限度地减少连接到每个I/O主服务器的I/O从服务器的数量。在Modbus解决方案中，与RTU、PLC或轮询主机的串行连接不存在主限制。虽然有65,000个Modbus I/O从站让人印象深刻，但只有这么多设备可以硬连接到无线电。

无线I/O扩展

该图像说明了将扩展模块堆叠到现有无线I/O从机上的能力，从而极大地增加了I/O计数。基本I/O从机可能只有两个模拟输入(AI)、两个模拟输出(AO)、两个数字输入(DI)和两个数字输出(DO)，一个扩展模块可以增加这一功能，并提供为给定安装定制I/O模块的能力。例如，一个扩展模块将提供额外的四个ai，两个隔离的DIs，两个DOs，并允许在任何I/O组合中配置另外四个通用终端，如ai, ao, DIs或DOs。一个模块最多提供12个额外的IO点。根据制造商提供的扩展I/O，最多可在一台无线电上堆叠64个模块，确保任何安装所需的I/O计数。可扩展的设计有助于在整个基础设施中扩展无线I/O。下图说明了如何实现扩展I/O。每个堆栈都是Modbus可寻址的，如前所述，提供256个8位Modbus寻址堆栈和超过65,000个16位寻址连接。该堆栈还提供了一个数据端口，可以连接到RTU或PLC。

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