将无线集成到工业以太网应用程序:问题和答案

观众的提问都是热闹的有关的控制工程3月10日的网络广播，“将无线集成到工业以太网应用中”，分为无线生命周期和应用、网络设计、产品、天气和标准的一般类别。

网络广播讨论了如何在两天内将两个无线系统集成到一个工业以太网应用程序中。一个带有新的监控和数据采集(SCADA)系统的工业无线网络是康涅狄格州斯坦福德水污染控制管理局(SWPCA) 5年4700万美元资本改进计划的一部分。网络直播涵盖了无线选择标准，包括设备可靠性和能力、可用性、易于管理、符合开放标准，以及与现有以太网网络的集成。康涅狄格州斯坦福德市Diversified Technical Services Inc.的总裁和SWPCA副主席。要点:控制工程马克·霍斯克也对无线和以太网的研究进行了评述，控制工程内容经理，同时也是rcep认证网络直播的主持人，在网络直播和问答环节之后，有一个相关的专业发展小时用于通过测试。

无线生命周期、应用

你对监督类型控制(如火灾探测系统)有什么看法?

Hoske:无线技术确实用于运动控制应用，如生命安全应用、起重机控制和大型景点。可以内置冗余。有时技术能力会超出标准组织的能力。(见下面的链接。)

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如何创建具有两个接入点(ap)的网格?

Capano:此时，骨干网络的网状冗余只存在于两个ap都提供服务的地方。未来的实现将增加接入点，创建一个完整的网格设计，如图所示(网络广播中的幻灯片33)。仪表无线网状网络有五个发射机。项目详情在网络直播后有更多信息。[见底部链接。]

这个新的无线系统预计能使用多久?上一个系统只有8年的历史。

Capano:不确定你说的是哪个“最后一个系统”，但使用标准应该有助于延长设备的使用寿命。至于硬件和软件方面，我们预期软件会定期升级，而设备亦会因应需要而升级，以符合新的无线标准。

是否担心工厂网络的辅助使用(语音、视频、资产护理等)最终会耗尽可用带宽并导致过程响应延迟?

Capano:我们很好地处理了员工目前和预计的使用情况。我们将控制访问，从而控制我们的带宽“预算”。然而，在这个时候，似乎有足够的带宽来允许可靠的语音和视频流量。

你会用这个来控制过程吗，也就是说，停止油箱的加注?

Capano:目前的用途是监控。未来的用途可能包括适当冗余的控制。

网络设计

你是否需要为网格点等安装塔?

Capano:ap被贴在现有结构上。虽然塔当然可以在适当的地方使用，但典型的工厂为ap的高架安装提供了方便的位置。

对于传统的内部部署网络硬件，例如将控制器转移到“云”的无线产品，您如何看待“迁移到云”?这样的设计可能会增加风险，使网络硬件制造商能够更改云基础设施，并使工作硬件与更新的新云结构/功能不兼容。在未来，我们可能没有太多的选择。

Hoske:消费者总是可以在标准组织和建议请求中施加影响。与制造业IT产品相比，工业产品和应用的强制淘汰通常不是一个问题(可能是一个错误)。不经常改变技术往往会限制用户的效率。有时，让某些东西在没有升级的情况下继续工作，仅仅是因为没有人想要接触它，就会错过可以显著提高质量、效率和优化的附加特性和功能。

虽然无线更容易部署，但我在无线优化/速度方面遇到了困难(200平方英尺的制造设施，10个AP提供了很大的覆盖范围)，主要是因为射频(RF)干扰和AP使用率高，这两者都会导致连接到受影响AP的客户的通信速率显著下降。我发现WLAN优化工具单是成本就高达5000美元。关于优化WiFi速度的工具/技巧，因为干扰减少，无线电功率调整等，有什么建议吗?我强制支持5 GHz的设备使用5 GHz频段，并且我已经禁用了IEEE 802.11b支持，以尝试优化2.4 GHz频段，并在1-6-11组的ap上手动设置无线电频道(1,6,11)，以尽量减少干扰。

我也有我们的WLAN设置，以便客户端可以从AP漫游到AP，并在他们的设备上保持相同的IP。有些设备会使用距离很远的AP，而不是切换到最近的AP;这会导致设备在AP到AP之间的通信问题。我想，这可以通过优化每个AP的无线电功率来解决。您推荐什么工具来进行这种分析和优化，因为它与漫游有关?

Capano:建议做一个完整的站点调查，以确定干扰源，并对您的传播环境有一个很好的了解。WLAN实现的大多数问题都是由于电磁干扰(EMI)，其次是由建筑材料或其他障碍物引起的衰减。在强制设备使用5 GHz频谱和禁用802.11b方面，您做了一些很好的改变。使用不重叠的ISM通道也是一种很好的基本设计。在多个ap上使用更低的功率将比使用更少、功率更高的ap提供更好的覆盖范围和吞吐量。我建议首先租一台频谱分析仪来找出并消除干扰源。网络直播后的项目细节有更多关于无线网络管理接口的信息。[见底部链接。]

你是否建议传感器和远程AP以及两个AP之间使用不同的频段?

Capano:在本例中选择了两个网络，因为其中一个网络不能提供所需的特性和功能。IEEE 802.11设备目前还不可用，因此决定采用802.15.4设备作为主要传感器;此外，通信和仪器通信使用不同的调制方法。使用不同的频段提供本地和回程连接。理想的无线网络应该是“平坦的”，使用单一的无线标准和两个未经许可的频段。

做得好，丹。我在一家丙烯工厂工作，并在一家自动化供应商工作了4年，担任现场服务工程师。一个好的实践是网络上的冗余。一个供应商使用容错以太网来实现冗余。如果其中一个ap失败了怎么办?你考虑过使用冗余ap吗?

Capano:谢谢你！我们选择网格架构的主要原因是它固有的冗余。网络是自我形成和自我修复的。在一个设计良好的网络中，具有重叠服务的网状节点将服务于多个区域。如果一个AP发生故障，其他AP将尝试恢复丢失的网段并继续运行。

无线网络在监控关键流程的快速数据交换方面表现如何?我们最近使用Modbus TCP有线通信迁移了一个旧的可编程逻辑控制器(PLC)。我通过OPC将其集成到一个控制系统中，但脱水装置的信号是用于监控的，而不是控制的。

Capano:根据实现的不同，无线系统的速度可以超过有线系统。这取决于许多因素，如设计、EMI和路径损耗。对于关键系统，特别是在这个节点，应该使用有线备份。

一个行业需要在多大程度上依赖公共无线运营商服务来进行数据传输?

Capano:归根结底是成本问题。使用公共运营商会带来经常性成本，而使用现场无线系统只需要初始资本成本。这些应用程序没有使用无线运营商，尽管这也是一种选择，但同样需要额外的经常性成本。

应用实例说明了无线技术是如何在污水处理厂中实现的，显然效果很好。在汽车、食品和饮料等制造设施中是否有很多实施?如果有，是否有附近电机、变频驱动器等干扰的问题?

Capano:在网络直播的口头问答部分，我在回答另一个问题时简要地提到了这一点。除了公共供水和废水处理行业，无线技术在几乎所有行业都得到了广泛应用。总有一些EMI的实例;适当的现场勘测和系统设计可大大减少电磁干扰的影响。对一些电磁干扰源进行屏蔽以减少或消除其对无线系统的影响是可能的。

Hoske:新的vfd通常产生的干扰要小得多。

无线产品

你在WiFi覆盖的现场调查中使用了什么软件/硬件?

Capano:项目详情在网络直播后有更多信息。[见底部链接。]

可能我在演示中漏掉了，但是使用了什么无线网格?是否允许您指定用于此WLAN项目的无线硬件的品牌/型号?

Hoske:RCEP网络广播避免提及产品。如前所述，在网络直播后的另一篇文章中，项目细节提供了有关所使用产品的更多信息。[见底部链接。]

传感器的电池寿命是多少?仪器使用什么电源?天生的吗?电池吗?优点/缺点是什么?

Capano:以太网供电(POE)被用于两个802.11 AP位置。主传感器要么从仪器回路中获取电力，要么使用内部电池。根据制造商的说法，根据更新频率，电池寿命可以长达9年。

Hoske:电源清除装置可以扩展这一点，这在接入困难的地区尤其有用。

使用了什么类型的软件和/或IT工程，成本是多少?

Capano:项目细节在网络直播后的另一篇文章中提供了有关所使用产品的更多信息。强烈建议全面了解有线和无线技术，以实现适当的系统设计和实现。成本因你与供应商的关系而异。在许多情况下，供应商可以在评估的基础上免费提供设备，然后只有当用户或系统集成商完成成功的评估并决定购买设备时才收取费用。[见底部链接。]

无线安全

你做了什么来降低安全风险(窃听)?

Capano:通过操纵AP功率输出来管理覆盖区域，我们能够将传播限制在设施围栏线内。虽然这不是一种安全方法，但我们也将禁用服务集标识符(SSID)广播，以减少偶然窃听者拦截我们信号的能力。

你在美联社使用防火墙吗?

Capano:在这个应用程序中，我们没有在AP使用防火墙。请注意这里和网络广播中讨论的其他安全措施。

自带设备有安全隐患吗?有人能捕捉到敏感数据并带走吗?

Capano:我们指定802.11开放标准的原因是因为指定了健壮的安全性。任何符合此标准的设备，移动设备或其他设备都被认为是安全的。关于你的第二个问题，如果一个经过授权和认证的设备可以访问敏感数据，那么数据就有可能被窃取;然而，这与任何其他系统没有什么不同，无论是有线的、无线的，还是塞进公文包的。

无线设备比有线设备更安全吗?

Capano:符合IEEE 802.11标准的无线设备采用128位AES (Advanced Encryption Standard)加密，基于Rijaendal算法。据估计，一个10个字符的密码可能需要30年才能破解。有线系统使用类似的加密算法，但更容易侵入或妥协。

天气、标准

无线网络在任何天气下都能正常工作吗?雨雪如何影响可靠性?

Capano:在这个非常严酷的冬天，我们没有遇到任何性能问题。在这个范围内，不考虑雨雪褪色。

射频信号的频率是否不受太阳黑子活动的影响?

Capano:不比其他电磁现象多或少。

你认为无线通信有什么新兴的或具体的标准吗?

Capano:IEEE 802.11已经成为事实上的无线局域网标准。我们目前正首次推出802.11ac标准，它将使用多个无线电和160 Mhz宽动态信道，将总吞吐量提高到约7GBPS。正在开发的进一步迭代将使用60GHz频谱进行高速、短程连接;另一项正在开发的技术将利用无线电视传输信号中的“空白”以相对高速传输数据。802.11ac标准将分几波推出，因此我们预计它将存在很长一段时间。Hoske: www.globalelove.com/ce-research来自控制工程的移动、以太网、无线研究显示了各种无线协议的使用。

——由Mark T. Hoske编辑，CFE Media内容经理，控制工程，mhoske@cfemedia.com．

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