无线:简单、安全、可靠、成功
每个人都在这么做。你也可以。首先，试着忽略所有的天花乱坠的宣传，阳光的照射，末日的预言，以及其他模糊的和/或极端的废话。忘记所有的手机、笔记本电脑、黑莓手机和其他传统上使用无线的便利设备吧。
|
每个人都在这么做。你也可以。首先，试着忽略所有的天花乱坠的宣传，阳光的照射，末日的预言，以及其他模糊的和/或极端的废话。忘记所有的手机、笔记本电脑、黑莓手机和其他传统上使用无线的便利设备吧。
现在，试着想想无线设备基本上是硬布线和连接器的纯粹替代品。它们确实存在，而且正在迅速繁殖。然而，与任何控制和自动化项目一样，主要的技巧是找到最合适的解决方案。无线尤其如此，它依赖于用户进行彻底的现场调查，并确定个人需求和应用中的障碍。
“当你在过程控制应用中处理任何潜在的危险产品时，你必须知道你有控制权。HART通信基金会(HCF)技术项目总监埃德•拉德说:“很多事情都可能发生，但如果电线断了，那么整个操作就会停止。”“考虑无线网络的用户担心的一个问题是，理论上它可能被劫持或截获。电线不会被劫持，因为它有物理连接。”
要改变某些观念，人们必须看到无线设备和网络的实际运作。“我们在实验室和真实的植物中做了演示，展示了无线网络如何处理温度和压力读数。当人们看到信号强度信息，看到数据传递时，对他们来说就开始变得真实起来，”Accutech的销售和营销副总裁Cliff Lewis说。“大约100年前，人们在概念化电时遇到了同样的困难。”
简单的扩展频谱
Omnex Control Systems的销售和营销副总裁Randy Klassen补充说:“乍一看，实现工业无线解决方案可能看起来很复杂，但在最简单的形式中，许多工业无线解决方案只不过是取代了传输离散和模拟信号的铜线的无线链路。无线并不总是关于在空中移动网络，但它通常是关于移动包含工业过程监测和控制信息的比特和字节，如液位、压力、温度、流量、开/关和警报。”
| 所有类型的无线网络预计将在未来12个月内增长。 |
Omnex补充说，其跳频扩频(FHSS)无线电被集成到施维英美国混凝土泵车的无线吊臂控制中。这些吊杆包括四部分，最高可达198英尺。然而，它们必须被精确地控制。Omnex的Len Dueckman报告说，他们的无线解决方案可以让操作人员更接近混凝土的放置位置，这大大提高了效率，并消除了操作人员与卡车的直接连接，从而提高了安全性。
FHSS快速改变频率以克服一个频率上可能存在的干扰和多径问题，但不会影响附近的其他频率。这种方法允许Omnex的无线电(也通过Phoenix Contact分发)在恶劣的环境中服务，并可靠地传递通常需要更新速率大于50毫秒的过程信号。“FHSS操作时不会对用户产生任何明显的干扰，也不需要任何频率协调，”Dueckman补充道。“这使得无线电可以像有线连接一样简单可靠地工作，但没有物理连接问题。”
轻松监控
从逻辑上讲，无线技术的发展势头主要涉及监控，尽管通过无线技术进行一些实际控制和驱动，通常是作为有线系统的补充。这是因为监控涉及不太关键的功能，因此中断不会造成灾难性的后果。
| 无线网状网络使用发射器/接收器节点的排列，每个节点连接到自己的传感器，它们都能够传递它们接收到的信号。信号不断跳跃，直到到达预定目的地。B&B电子公司报告称，其IEEE 802.15.4网络节点的室内范围为300英尺，室外范围为750英尺。 |
“许多人已经安装了一些WiFi网络基础设施，所以在机器上安装一个无线节点不是什么大问题，而且成本也低得多，”DPAC Technologies机载产品组副总裁迈克·扎坎(Mike Zachan)说。“之后，这个初始的接受水平可以帮助推动未来在更关键的应用中使用无线的接受程度。
“在一些控制应用中，确定性网络是必需的。802.11的本质是，它不是定义上的确定性技术。在IEEE 802.11领域，我们不像某些专有的点对点无线技术那样具有确定性，但我们的互操作性更强，价格更便宜。”
事实上，DPAC报告说，其机载无线局域网(WLAN)节点，基本上是一个坚固的，嵌入式802.11b模块，构成了DPAC和加州科学与创新研究所(CAL-(IT)2)正在开发的低成本无线脉搏血氧计的核心，以帮助紧急医疗响应团队同时监测和评估众多患者的状况，特别是如果有太多的患者不能立即送往急诊室。这些无线血氧仪用标准手指夹固定在患者身上，测量血氧水平，然后通过移动802.11b接入点和互联网将数据传输到中央服务器。这使得医生可以远程监控病人，并在现场指挥护理人员。加州大学圣地亚哥分校的工程专业学生和教师使用DPAC的机载评估套件开发了无线血氧仪。
回到车间，adaptinstruments公司的子公司Accutech报告说，一家大型酿酒厂最近使用了其无线模块来改善其大规模、多批次、全天候运行的就地清洗(CIP)监控。酿酒商报告说，其以前的间接CIP监测提供了不完整的诊断pH值，压力，和系统的多头旋转喷嘴的流量。
如果这些喷嘴不能正常旋转，水箱就不能彻底清洗，下一批就会被污染，直到后期体积增加时才会被检测到。CIP故障成本包括产品损失和处理成本，因为受污染的产品必须作为危险材料处理，并使用多辆油罐车进行清除。
因此，使用Accutech模块的声学监测被验证为检测喷嘴旋转。包括声学传感器的布线在内，每辆坦克的安装费用约为6000美元。Accutech无线设备的安装成本每箱不到1000美元。酿酒师报告说，CIP监控现在100%有效。
储蓄及其他
当然，无线技术的主要优势在于它可以大大节省有线电视和人工成本。然而，倡导者补充说，无线的优势远远超出了这些最初的好处。他们说，无线技术允许用户在以前根本无法容纳的地方安装网络和监控功能，并执行使用硬布线会非常昂贵的测量。无线还允许随着应用程序的变化更快地重新配置工厂网络。
例如，Elpro报告称，埃克森美孚化学公司(ExxonMobil Chemicals)位于洛杉矶巴Baton Rouge的工厂最近有机会每月节省10万美元，如果它能找到一种方法来控制其发电厂的蒸汽阀门，该发电厂由Entergy Inc.运营，位于1.5英里外。然而，埃克森美孚的工程师们面临的问题是，由于化工厂现有的基础设施，硬布线将非常困难，而且电缆必须穿过几条地界线，这两位都来自埃克森美孚化学公司(ExxonMobile Chemicals)。
为了实现其无线解决方案，埃克森美孚的工程师使用了一对Elpro的905U-1扩频无线电。根据Elpro公司的说法，这些模块使用可靠的传输协议，即使有外部干扰，也可以进行安全通信。此外，由于905u具有收发器，它们可以相互通信以管理数据流。
工程师们补充说，埃克森美孚公司很欣赏多个系统可以在无线电范围内或在同一多滴电线上运行，而不会出现串音或故障。因此，该解决方案允许系统由简单的两单元网络组成，其中一个模块的输入信号显示为另一个模块的输出。他们补充说，Elpro的模块已经安装并运行了大约一年，他们对其性能、可靠性、灵活性和可升级性感到满意，以及通过控制发电厂的蒸汽阀而节省的费用。
标准是一种流行
为了帮助跟上所有的开发活动和解决方案，并帮助用户为他们独特的应用程序找到最佳的解决方案，一些标准组织正在起草建议或标准。
尽管无线技术可能会引发先前围绕多个现场总线协议展开的争论，但一些观察人士认为，以太网和其他技术创新可能会在争论开始之前解决大多数争论。这是因为电气和电子工程师协会(IEEE)多年来一直在制定无线相关标准，并起草了大多数使用无线的重要规则，如IEEE 802.11无线以太网局域网(WLAN)标准和802.15.1蓝牙和802.15.4 ZigBee标准。ZigBee采用的是直接序列扩频(DSSS)，在降低电噪声方面不如FHSS。
IEEE 802.11委员会和工作组目前正在开发802.11i，以提高无线安全性，使用256位加密。他们还致力于802.11n，以允许多输入/多输出(MIMO)，以实现更快的相移信号。
此外，蓝牙特殊兴趣小组正在准备发布蓝牙2，它将功率从不足100兆瓦增加到1瓦，因此它的范围从30英尺到100米，使它在更多的应用中有用。
虽然其他标准仍在制定中，但有消息称，WiFi和ZigBee将是这些未来标准和建议的基础协议。
Ember Corp.的营销副总裁Venkat Bahl说:“无线技术的关键问题是处理许多设备，跨越嘈杂的环境，并将数据可靠地发送到服务器，ZigBee在这些方面处理得非常好。”他补充说，Ember目前正在为其基于zigbee的网状网络解决方案增加安全级别、硬件和软件支持。“无线还将以太网带到以前无法到达的地方。它将大量数据返回到一个汇聚点，然后以太网可以将其发送到更高的级别。”
为了帮助进一步定义在现场级控制和自动化中实现无线的程序，ISA，仪器，自动化和系统协会，最近在其标准部门成立了ISA- sp 100委员会。该机构将制定标准、建议实践和/或技术报告，并计划在2005年年中发布其第一个主要版本。
早些时候，几家公司响应美国国防部(DoD)的授权和无线指令成立了无线工业网络联盟(WINA)，对用户进行无线教育，并正在起草一份用户指南，计划在2005年晚些时候发布，可能与ISA-SP 100一起发布。WINA还将建议用户采用ZigBee。
同样，HCF报告称，其新推出的无线HART标准项目将确保无缝、互操作的解决方案，用于连接无线环境中的HART设备。该基金会的无线HART工作组计划在2005年底或2006年初制定快速通道规范草案。该小组将与其他行业无线组织(如ISA-SP 100)协调活动，以建立与其他无线标准化工作的连续性和统一性。
“工作组的任务是使用无线调制解调器物理层定义HART现有频移键调制解调器(FSK)物理层的替代方案。工作组正在评估目前业界可用的所有无线协议技术(Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等)。HART的关键是在双线HART设备的正常功耗范围内平衡可靠性、范围和速度，”Ladd补充道。
此外，IEEE P1451.5传感器和换能器标准的开发人员正在寻求将其换能器电子数据表(TEDS)技术与不断发展的无线方法集成的方法。
此外，ProSoft Technology报告称，他们甚至开始在其无线设备上添加OPC标签，并为无线电设置了一个OPC服务器。ProSoft全球无线技术销售部门的Kevin Zamzow表示，这些标签和服务器可以指示无线网络的信号强度，如果信号强度低于一定水平，可以通过现有的HMI软件生成通知。“如果你有一个链路指示器和一个信号强度指示器，那么你就知道数据管道在工作。我们只是通过OPC帮助在HMI软件中可视化它们。”
Elpro总裁格雷厄姆•莫斯(Graham Moss)表示，最终，无线网络可能会发展成两层结构，其中带有ZigBee芯片和小型长寿命电池的传感器将信号辐射到空气中，然后一个二级网络将这些信号传递到任何需要的地方。该二级网络将克服ZigBee 50-100英尺的工业距离限制。Moss说:“Elpro处于二级数据层，但我们看到艾默生过程管理公司、Foxboro和Endress+Hauser等公司占据了将ZigBee嵌入其传感器和设备的第一层。”这意味着ZigBee将不得不证明自己，但我的观点是它会的。”
无线安全
DPAC Technologies机载产品组副总裁迈克·扎坎(Mike Zachan)表示，大多数无线安全问题可以通过以下几种组合来解决:
加密。这通常包括启用大多数无线设备中已经存在的128或194位功能，并建立一个用于管理在网络上运行的数据加密或解密的密钥的过程。这些密钥输入允许数据加密的算法，并使用新可用的“动态更改”密钥，防止未经授权的数据嗅探。
数据验证。就像密码验证用户身份一样，身份验证确保无线接入点确实是它声称的授权点。这是通过来回传递密钥和其他只有客户端设备及其主机知道的预编程信息来实现的。实现这一目标的方法包括WiFi保护接入(WPA)和思科的轻量级可扩展认证协议(LEAP)。
您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。
