选择正确的无线传感器网络

2009年，流程工业自动化技术用户国际协会和标准机构NAMUR制定了NAMUR NE124建议，定义了无线标准技术的要求，提供了不同制造商采用的技术和解决方案，以确保在流程工业中实现可持续使用的必要功能。

数据网络最重要的要求可能是可靠性。虽然NAMUR NE124中没有说明这个数字，但需要大于99%的可靠性，以确保在需要时提供数据。大多数无线技术都没有提供一个可靠的数字，可能是因为它远低于99%。这样做的原因是，工厂为无线通信提供了具有挑战性的环境，永久性的钢铁基础设施，如熔炉和储罐，以及重型车辆和集装箱，改变位置，所有这些都阻止了无线电传输。

大多数无线传感器网络(WSN)技术使用星型拓扑结构，采用点对点通信，网关和每个传感器之间需要明确的“视线”。在一个典型的工厂，这是有问题的，需要额外的网关增加成本。一些无线传感器网络技术使用星型拓扑结构，但使用骨干网来创建多个子网络，每个子网络都有一个中间骨干网路由器。缺点是骨干网络和电力可能需要安装在危险区域，增加了项目的复杂性和成本。

WirelessHART使用网状拓扑结构，与网关没有视线的传感器与邻近的传感器通信，然后由邻近传感器将通信转发给下一个传感器，以此类推，直到到达网关。这使得数据可以绕过金属障碍物。如果网状拓扑结构中存在弱点，则使用中继器，而不需要安装额外的网关、网络骨干或电力电缆。传感器与许多邻近的传感器通信，这就形成了一个网状连接，从每个传感器到网关有多条路径。数据路径冗余是实现可靠性最大化的关键。

WirelessHART也是自组织的，不需要手动配置传感器之间的通信路径。网状网络自动形成。自组织网格是动态适应的。如果传感器被移动、电池耗尽或被阻塞，系统会动态地选择另一条路径来传送数据。因此，WirelessHART的可靠性达到了99%。NAMUR NE124没有规定从传感器到网关需要一个特定的范围。重要的是深度;一个通信路径中的最大跳数。WirelessHART可以执行七跳或更多。与其他技术相比，这使得它能够接触到安装在工厂内部深处的传感器。 As a result, this gives WirelessHART the longest effective range and greatest coverage inside a plant.

实时性能

无线传感器主要用于非时间关键型应用，例如帮助消除手动数据采集。对于这些应用程序，一分钟、一小时甚至一天的更新周期都可以，但对于其他用例，可能需要一秒钟的更新周期。许多无线传感器网络技术只支持一分钟或更长的更新周期，这意味着它们不适合这些应用。WirelessHART提供实时功能，适用传感器类型的更新周期为1秒。

WirelessHART通过时间同步通信帮助延长电池寿命。传感器在保存电池的情况下休眠，短暂醒来进行测量，然后再次进入休眠状态。因此，传感器的电池寿命可以达到5到10年，有助于降低总体拥有成本（TCO）。

无线传感器的安全

WSN技术都有类似的安全机制，但它们在调试传感器的便捷性方面有所不同。对于一些WSN技术，配置安全凭据非常耗时，涉及多个步骤和特殊工具。即使是使用相同技术的传感器，不同的传感器制造商使用的工具和程序也是不同的。对于WirelessHART，使用HART现场通信器或HART调制解调器可以简化调试。仪器技术人员将非常熟悉这些工具用于现有的4-20 mA/HART仪器。

多供应商的互操作性

有一些无线传感器网络技术看起来是开放的，许可给几个制造商，但实际上不是IEEE或IEC标准，而是由一家公司拥有。专有技术总是有相关的风险。WirelessHART是一项国际标准，IEC 62591。标准化大大降低了风险，这就是为什么仪表和控制工程师为所有电气和电子设备（包括无线传感器网络）指定IEC标准的原因。

用户还需要监控传感器的自诊断功能。大多数WSN技术没有用于传感器配置和高级诊断数据的通用回程网络应用协议。因此，传感器不能集成到工厂现有的智能设备管理(IDM)软件中。WirelessHART通过以太网上的HART-IP应用程序协议解决了这个问题。

HART-IP用于回程网络，将传感器配置和高级诊断数据引入工厂现有的IDM软件。HART-IP支持电子设备描述语言(EDDL)和现场设备集成(FDI)。这意味着所有类型的WirelessHART传感器都可以通过工厂现有有线设备使用的相同软件进行管理。甚至基于FDT/DTM(现场设备工具/设备类型管理器)的IDM软件也可以用来管理WirelessHART传感器。

便携式工具

几种无线传感器网络技术没有统一的台架或现场配置和校准方法。即使是同样的技术，制造商也有不同的配置传感器的方式。在这样一个异构环境中管理各种可移植工具会导致延迟。不支持便携式校准器的直接接口。有些传感器无法校准或“调整”以校正长期漂移。

为了实现预期的操作改进，无线传感器和应用程序不能是自动化孤岛，必须与现有自动化系统集成。由于许多无线传感器网络技术没有定义具有通用消息格式或数据类型的标准应用协议，因此无线网关无法将传感器测量数据转换为Modbus或OPC，并且无法轻松集成。这使得数据很难得到很好的利用。一些无线传感器网络解决方案只针对一个用例，这会造成一种情况，即您有多个异构系统和多个软件来监控每个应用程序。

WirelessHART使用标准HART应用协议，该协议对所有WirelessHART传感器具有通用消息格式和通用数据类型，无论制造商和传感器类型如何。这使得WirelessHART网关能够将来自多个供应商的传感器组合的标准数据转换为通用工业协议，如Modbus、以太网/IP和OPC。因此，数据可以与现有系统（如plant historian或控制系统）集成，而无需定制编程或脚本。然后可以生成分析、仪表板、报告和通知。

一些WSN技术只传输测量和状态数据，没有振动频谱或波形等详细的诊断，或者需要脚本解码。WirelessHART可以作为非实时的“第二通道”，通过请求-响应通信提供高级诊断。这可以集中分析振动频谱或波形等高级诊断。

乔纳斯贝应用技术高级主管在吗爱默生．这篇文章最初发表于控制工程的欧洲网站．由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程，CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com.

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关键词:无线传感器，无线shart，工艺制造

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