来自控制工程无线网络广播的无线技术技巧
更多的无线技术技巧和答案，来自控制工程无线网络广播期间提交的反馈和问题。
编者按:控制工程无线网络直播包括RoviSys建筑技术公司DC市场经理Stephen Muenstermann，尽管他患有流感，但仍如期于3月14日提交了他的信息(此后存档)。下面链接的Adobe PDF格式的文章对应于网络直播演示，并提供了额外的信息，Muenstermann表示歉意，他对网络直播感到严重不适，但无论如何还是“继续表演”。链接的PDF包括每个无线网络播放幻灯片下面的扩展演示和应用建议．此外，网络直播注册者的问题和他对问题的回答如下所示。
对于这些问题，明斯特曼给出了以下答案控制工程无线网络直播。
常见问题控制工程无线网络直播
无线网络的重要性能指标是什么?
无线网络的前5个性能指标是无线电信号强度指示、数据包传递、信噪比、接收器灵敏度和视线。以下是关于每一个的更多信息。
无线网络指标:
- RSSI -无线电信号强度指示-接收信号的强度
- 数据包传递——这表明您的消息已经发送和接收。通常超过50%的数据是可靠的，因为数据分布在一个频谱中。
- 信噪比——信号(有意义的信息)和背景噪声(不需要的信号)之间的功率比
- 接收器的灵敏度-负数- 83dbm或更大是常见的。负片越多，敏感度越好。你的接收器灵敏度每降低1 / 3，它听到输入信号的能力就会提高两倍。
- LOS(现场线)-这意味着两个射频(RF)收发器可以不受阻碍地明显看到彼此的距离。当你试图穿越墙壁、树木、钢铁峡谷等时，这一点就更加重要了。
- 多样性——在许多这些技术中，他们都有所谓的多路径。在那里，同样的信号从金属墙上反射回来，然后稍微晚一点到达。大多数系统都有很大的多样性。
- 确定性-信号/网络是确定性的吗?这确保您只能从每个位置获得所需的数据。
- 加密和身份验证——这些是安全措施。第一个是指云中的射频，第二个是指它如何在网络中被识别。
从使用您正在评估的技术的客户那里获得推荐。
当你越来越熟悉射频后，你会发现它将很容易挑选。我在该领域看到的大约70%的问题都与无线电或天线的安装实践有关。幸运的是，这可以很容易地通过移动任何一个项目来解决。
什么是IT无线网络?
真正重要的部分是网络方面。这就是我们正在形成的无线连接。我们可以用多个堆栈创建多个层，同时交换大量的信息。信息技术(IT)被用于我们交换、存储、操作、检索和传输数据。
一个发射器?
多个信号会通过一个发射机吗?
所有传感器网络都有唯一的点。大多数“标准”传感器网络被设计成通过单个发射机发送多个信号。这种网状风格的网络是为了防止单点故障和自我修复。所以简单的回答是:是的!
OCARI无线公司有什么进展吗?
OCARI (Ad hoc Reliable Industrial network Communication Optimization for Ad hoc Reliable Industrial network)在美国还没有被使用，所以我只是通过2010年该标准开始以来的研究才对它有所了解。
从设计上看，它看起来相当坚固。现在的标准姗姗来迟，可能还没有被接受。它主要是由法国人开发的，所以它可能需要一段时间才能获得更广泛的接受，因为其他标准的势头并不强劲，而且它们也不是重工业应用的核心。只有时间会告诉我们答案。
关于为海外设施设计射频链路，你有什么建议?
在海外遇到的许多挑战都是你所在国家所能接受的限制。因为微波炉，2.4 GHz频段被广泛接受。一个典型的微波炉泄漏大约1w或更多的射频能量。因此，大多数国家都开放了这一频段，让人们能够快速烹饪食物(和爆米花)。
在此过程中，它开放了大量的技术，从无绳电话、Wi-Fi到WirelessHART、ZigBee、ISA100.11a等等。
所以我的建议是坚持使用2.4 GHz，但要小心你的功率输出，并检查本地限制。我在芬兰做的最后一个网络只允许280兆瓦的无线电输出和350兆瓦的ERP(有效辐射功率)。在美国，我们可以从无线电产生多达1w的电能和4w的ERP。(ERP与天线增加的无线电输出功率有关。)
测试无线网络的健康状况
你提到了许多无线技术。由于我们正在处理异构传感器网络部署，您是否考虑过如何解决这些传感器和传感器网络的性能和健康状况的远程测试?
这就是标准最能保护你的地方。IEEE对他们所接受的标准相当严格。而且大多数制造商不希望制造出会出现故障的无线网络。所以这些技术是建立在所谓的防碰撞技术上的。因此，如果它们感觉到有人爬到频率中的特定位置，它们就会转向另一个方向。它们在内存中保存了一个多个节点的列表，因此如果信号变得过于中断，它们可以跳转到另一个节点。
要了解无线电是如何工作的，就看看手机。我们有数百万人在芝加哥同时交谈，很少或没有中断。无线电所做的就是找到信噪比最干净的单元，并与该单元连接。即使信号强度可能更好，它也会避开其他细胞。
从异构的角度来看:这就是为什么要管理这些网络、天线、射频传播、无线电放置和功率输出。
无线电接收机是最容易发生故障的，如果在多年的射频轰炸。但是，换一台收音机的费用非常便宜。
参见其他工业无线问答，下一页。
无线应用问题
在上述的无线振动应用中使用了什么无线电技术?是使用收发器，还是严格使用终端设备的发射器?
在振动测试中，我同时使用了900 MHz和2.4 GHz技术。ISA和HART标准使用2.4 GHz。
关于收发器问题，网络中的所有无线电都是收发器。它们在配置中以poll响应方式操作，如果不是这样，则给出适当的响应。所以他们被问一个问题(接收者)，然后发送他们的信息(发送者)。充当节点的设备接收和发送。
什么是FEL?
FEL代表前端加载。
当设计一个项目(过去的概念验证)时，FEL在开始项目本身之前确定项目细节。FEL平衡了项目的风险和成本。如果成本太高，除非风险得到解决，否则无法实现。无线可以帮助降低风险。
无线技术能否应用于ESD程序?
我假设你说的是大气中物体的静电放电。或者问问无线设备是否会减少静态输出?希望其中一个能回答你的问题:
- 这些装置中的大多数本质上是安全的，这意味着它们无法储存足够的能量来产生火花。
- 射频输出非常低，我在亚特兰大的一个数据中心使用了700多个这样的射频输出，到目前为止，它们已经在那里使用了10年。
- 我在一个核设施的封闭区域里安装了70个这样的发射器。在安装之前的测试中，我们发现它们在大约4年后会屈服于潜在的辐射失效。所以客户把它们的更换周期定为两年。
- 我在加州的一家炼油厂安装了它们，因为传统的有线传感器由于环境静电放电和闪电问题而失效。
紧急停车
我说的ESD代表紧急关机。通常我们用有线技术来实现这个功能(没有软件例程)。
我同意。我不期望在我的有生之年，这项技术能够被ESD所接受。这对无线通信来说太关键了。
[编者注:另外，控制工程机器安全博客提出了关于无线安全相关应用的问题。参见“机器安全:手持设备能发挥作用吗?”以及“机器安全和无线设备”。]
在不同的市场中使用了哪些技术?
许多无线和传感器技术服务于不同的目的。
Wi-Fi无疑暴露的风险最大。在传感器技术上，每个类别有数万到数十万个。是否存在一种主导的无线标准?答案是:还没有。
相关的控制工程文章:
查看其他工业无线问答和更多链接到其他无线信息，下一页。
不同频率的天线呢?
如果天线处理不同的频率和调制呢?
天线被切割或制造到特定的频率。它们不关心调制。
拿你的高清电视公共信号来说:你用在旧模拟电视上的天线就可以了。(兔子耳朵不能很好地工作的原因是因为传输的信号是水平传输的，而且非常清晰。兔耳朵实际上是为垂直RF传输信号而设计的。)
无线工业控制的主要问题或挑战是什么?
当今将无线技术应用于工业控制的两个最大挑战是:
- 反应速度。如果它是电池供电，你只能操作最快1秒更新。这并不适合于像流这样的快速控制，但对于大多数级别应用程序通常是可以的。
- 接受。
我有很多工程师使用这种技术进行控制。我已经建立了许多完全依赖无线的SCADA(监控和数据采集)应用程序。
没有电缆?电池呢?可靠性?
无线现场仪表设备完全不需要电缆吗?更换电池和电池故障怎么办?对于快速处理的传感器来说，电池的正常寿命是多少?在不断变化的植物环境中，随着时间的推移，干扰会怎样呢?
收音机通常耗电很少。这就是传感器技术发挥作用的地方。
大多数无线独立的传感器会在故障前发出警告信号。但电池的速度和寿命通常是现场传感器的问题，而不是无线电。ISA100.11a和WirelessHART协议具有定义速度功能的规范。目前两者的最快速度都是1秒。然而，大多数制造商的规格无法实现电池寿命超过3-5年。采样率越长，电池寿命就越长。许多人声称这两项工作都需要10年时间。
我的工作不是说服任何人相信这项技术，而是提供信息。作为一名工程师，你需要评估风险，并做出自己的决定，什么是最适合你的设施。对一项技术持怀疑态度是一件好事，因为它将帮助你清楚地评估什么是你的植物的下一个最佳举措。
但我想提的是，它可能为我们提供一扇通往未来的窗户，以及10年后的设施会是什么样子。无线技术对于工业世界来说是非常新的。Wi-Fi(802.11)在1997年才发布。在不到10年的时间里，它已经成为几乎每个商业领域、酒店、餐厅等的通用平台。该技术已经从第一个可靠、安全的IEEE 802.11a版本发展到今天的IEEE 802.11，速度是现在的两倍多，许多人相信它比他们的以太网(CAT 5 Hardwire)网络更可靠、更安全。
摩尔定律告诉我们技术每两年翻一番。因此，众所周知，这项技术只会随着时间的推移而改进。从工业工程学校毕业的技术人员和工程师已经开始学习无线技术。未来你将看到的是，你的网络将由非常有能力的员工在内部管理。没有必要进行调查，因为工作人员将以非常具体的策略规划他们的网络。收音机在未来只会变得更加健壮，具有向前和反向迁移功能，并将考虑您所关心的每一个元素。
无线永远不会接管设施中控制或监控的方方面面。它可能永远不会用于任何级别的安全系统或关键控制。射频噪声水平可以很容易地在设施中控制，如果最初安装正确，无需进一步更改，则可以与邻近工厂的电信系统的任何变化平等共存。这就是为什么我建议，如果你第一次涉足这项技术，最好从一个能够正确规划和规划你的战略的团队中寻求智慧。
将其与气动超过4-20 mA的有线技术进行比较。在20世纪80年代末，仍有许多工厂没有采用这种技术，除了由于怀疑而在少数小地区采用，其设施成本极高。他们继续管理和维护复杂的气动系统，充满了水分、泄漏和许多其他问题。但即使是那些已经转换的公司，在4-20 mA或智能技术永远不会取代控制阀的地方，仍然在整个设施中使用气动。
对学习新技术的好奇心是一件很好的事情。这样，当您决定继续前进时，您将获得所需的所有适当信息，以建立正确的无线策略，为您的工厂节省大量成本，同时不允许当前管理良好的有线应用程序有任何风险。
非常感谢
感谢所有的反馈和问题。我也很抱歉，由于严重的流感病毒，我的演讲不够活跃。这肯定不是我的正常表现。
- Stephen Muenstermann是RoviSys Building Technologies DC市场经理。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程、mhoske@cfemedia.com．
另见相关PDF从Muenstermann的部分网络广播，“无线技术技巧从控制工程无线网络广播”在网络广播档案。
也看到www.globalelove.com/wireless有关工业无线的更多信息。
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