在闭环应用中使用无线
在考虑无线控制应用时，尽早将其纳入系统设计，可以防止在安装期间或安装后出现意外。
工业应用自动化在大多数行业中变得普遍。用户努力使流程效率最大化和成本最小化。随着技术的发展，工程师们努力寻找新的方法来测试和利用自动化。
当涉及到控制制造过程时，自动化仍然是一个推动者，其影响力迅速增加。例如，无线技术是自动化的一个部分，在大约十年的时间里已经成熟。虽然起初人们认为无线技术不适合用于控制，但它已经迅速从传感器应用发展到闭环控制。
无线系统可以成为控制系统的组成部分，而不管该系统的体系结构:中央控制、分布式控制或闭环控制。但是，在将无线技术引入控制应用程序之前，必须充分了解不同的无线技术以及它们如何影响控制应用程序。
最初的考虑
在投入使用无线控制应用程序的项目之前，花点时间考虑一下未来会发生什么，可以防止以后出现问题。主要问题包括对无线网络的期望、它的重要性(用例)，以及明智地选择无线系统。
预期:在考虑用于控制应用的无线系统时，重要的是要了解无线网络的期望是什么，并围绕这些期望来规划系统。无线产品正变得更快、更可靠。然而，许多用户希望无线产品的功能像标准电线一样。在无线系统中总会有有线所不具有的延迟因素。
这是设计系统时要考虑的一个基本问题。如果在项目的设计阶段讨论了这一点，那么它通常不是一个问题。当延迟被忽略时，问题就来了，这会在试图启动系统时产生问题。
无线制造商通常可以帮助指导用户对延迟的预期。系统设计工程师必须确定该延迟对于特定的应用程序是否可以接受。通常，这些延迟不是很大，但在实现无线系统时，必须讨论这些延迟。
用例:即使使用无线进行控制，无线系统也有不同的用例。在高层次上，它们可以分为两类:关键类和便利性。
在关键应用中，无线链路被用于发送关键的实时数据。通常，如果这些数据是时间敏感的，则认为它们是“关键的”。如果由于某种原因，无线链路延迟或中断，则应用程序进程将中断。
便利性应用程序是在实现无线系统以帮助提高控制过程的效率时建立的，但对应用程序本身不一定至关重要。这方面的一个例子是联网远程可编程逻辑控制器(plc)或控制设备，这些设备过去一直由某人每天多次访问它们以读取或记录。无线系统可以消除这种需要，但如果链路丢失，本地控制仍然可以运行。
选择无线技术:在向应用程序添加无线技术时，重要的是要知道没有一种无线技术适合所有应用程序。虽然有些技术在应用场景中可能会重叠，但它们具有不同的属性，使它们能够很好地适应不同的应用程序。
在确定哪种射频(RF)技术适合特定应用时，有三个主要标准需要检查:环境、连接介质和数据吞吐量。在检查环境时，必须考虑该区域和距离内的障碍物和其他射频源。根据经验，频率越低，射频能量被空气衰减的越小。因此，相对较低频率的射频可以传播得更远，更好地穿透障碍物。使用的频率也会影响数据速率。频率较低时，用于发送信息的信道尺寸较小。这反过来又将数据速率降低到千比特每秒(kbps)范围。
相反，频率越高，通道尺寸越大，允许发送更多数据——通常以兆比特每秒(Mbps)为单位。随着无线距离的增加，可能需要降低工作频率。这反过来又降低了数据速率。此更改可能会影响系统或应用程序的设计。
最后是系统设备与无线模块之间的连接介质。这一点很重要，因为并非所有无线设备都具有所有类型的连接介质。一些具有严格的离散输入/输出(I/O)连接，而另一些具有串行或以太网连接。还有一些人是这些的组合。在为特定应用选择无线产品之前，重要的是要验证所考虑的产品具有所需的连接性。
上述标准可以帮助用户确定无线技术在他们的应用中是否可行。在解决了这些问题之后，下一步是确定控制系统如何工作。有不同的控制体系结构。基于这种架构，一些无线技术比其他技术更适合。
对于所有的控制体系结构，通信仍然必须通过某种介质进行传输。从历史上看，短距离连接使用了各种电缆组合，通过导管连接到集中控制点。“卡车技术”的概念被用于电缆无法运行的较长距离。这两种类型的网络都可能变得非常耗时和昂贵，这取决于所需的安装和人力。随着电线和电缆价格的持续上涨，公司希望使他们的流程更有效率，新的网络系统方式正在被研究。无线通信是控制应用的一个增长趋势。有了无线通信，公司现在可以在联网设备、位置和信息时减少安装成本和时间，这是他们以前无法做到的。
控制体系结构的类型
控制体系结构分为三大类:分布式、集中式和闭环。然而，在应用它们时(可能涉及到它们的组合)，一些应用程序可能会变得相当复杂。
分布:具有控制设备的应用程序，如PLC或控制系统部署在其控制的过程中或附近，称为分布式控制。无线链路有时仅用于发送本地控制设备的更新。这样，它只是定期报告，所有的控制都是由本地控制系统完成的。这样，如果无线系统的响应出现延迟，或者无线连接出现周期性中断，本地系统可以继续其进程，并在无线链路恢复时发送更新。这是一种非常流行的无线通信技术，因为如果使用诸如900 MHz跳频扩频或许可的超高频频段等技术，连接在一起的设备可能在数千英尺到数英里之外。这些类型的技术是为远距离、较慢的通信而构建的，通常在kbps范围内。它们应该是坚固可靠的，以帮助解决距离和障碍物的问题。这种类型的无线链路消除了定期派人监视该控制设备的需要。
集中:当有一个中央控制设备(如PLC或PC)时，控制应用程序被称为“集中式”，它向远程设备发送命令，告诉它们该做什么。这些终端设备通常离主控制设备更近，从几英尺到几千英尺不等。这种更近的距离为使用无线通信提供了机会，因为许多类型的无线技术可用于这些较短的距离。更短的距离允许更高的频率和更高的带宽。无线局域网(WLAN或Wi-Fi)等技术，蓝牙,无线个域网，适用于短距离，并允许更高的带宽，数据速率在Mbps范围内。
有了这些更高的带宽，更多的设备现在可以联网，不再需要电缆和导管，并降低安装成本。这类应用程序的关注点在于用例更加关键。由于终端设备通常没有智能，因此它们需要与控制系统进行实时通信，以发送和接收其命令。如果无线连接因任何原因中断，都可能导致系统停止或出现故障。
闭环:闭环控制是集中式控制和分布式控制的混合，但增加了来自传感器的反馈回路，以将其与控制器的读数进行比较。与集中控制系统一样，由于控制系统中进行比较的数量和时间，所需通信的响应必须是可靠和健壮的。
例如，考虑家用干衣机。当选择某个温度来干燥衣服时，烘干机会加热到预先设置的温度，并在烘干机打开的一段时间内保持这个温度。在标准的集中控制系统中，温度可能是正确的，但不能确定，因为没有任何报告干燥机内部的实际温度。在闭环控制系统中，烘干机中有一个传感器监测实际温度，并将其发送回主控制器，以便在必要时进行比较和调整。这允许在系统内进行更具体和准确的测量。
当将无线技术添加到闭环系统中时，主要考虑的是遥感器必须从主控制器读取的信息的重要性和频率。在某些应用中，反馈回路对于维持温度、流量和水平至关重要。一个丢失的数据包可能是一个好产品和坏产品的区别(参见图1)。在其他情况下，如果在几秒钟或几分钟内没有获得这个反馈循环，它根本不会影响流程。这取决于手头的应用程序。
对于高度关键的反馈回路，例如集中控制系统，由于可用的吞吐量，WLAN、蓝牙和ZigBee是最流行的技术(参见图2)。根据各个反馈回路的关键程度，每个回路可能需要自己的无线链路到控制器，因此它有专用的路径。
闭环系统也可用于远程应用。反馈循环并不需要靠近主控制器。然而，重要的是要知道反馈循环到达控制器所花费的时间可能更长(可能是秒而不是毫秒)。只要在设计阶段解决了这个问题，并且标准是可以接受的，就没有理由不能做到这一点。
无线设计注意事项
从历史上看，大多数(如果不是全部的话)控件类型应用程序都是有线安装的。随着无线技术被越来越多的人接受并被证明是可靠的，越来越多的控制系统正在使用无线技术来实现(见图3)。将无线技术添加到应用程序中可以帮助节省布线、维护、安装和人工监控成本。对于工厂内的短程应用，技术变得越来越灵活，因此增加多个专用无线链路不像以前那样昂贵。有时，距离可能很短，但运行电缆的物理路径是不可能的。在其他情况下，布线电缆可能在技术上可行，但非常昂贵，这意味着无线系统是最佳选择。
在控制应用程序中考虑无线时，尽早将其设计到系统中是很重要的，这样在安装期间或安装后就不会出现意外。确保期望和需求是有意义的，所选择的产品可以实际发挥预期的功能。当在改造中添加无线时，建议将无线系统并行运行作为测试。这为系统如何工作提供了一个基线，并允许时间来确定它是否合适。
有许多不同的无线技术可用，因此，如果适用，联系制造商讨论应用程序、要求和可能的障碍，可以增加成功实现的可能性。
贾斯汀阴影是凤凰联络公司的无线产品营销专家。他于2006年在公司的技术服务部开始了他的职业生涯，并于2011年调任I/O和网络营销部门。
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