王永貴

【摘要】本文通過物聯(lián)網(wǎng)技術而聯(lián)想到工業(yè)局域網(wǎng)的控制，首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的定義以及新大陸生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)實訓裝置的幾大應用。這幾個應用都運用到了無線網(wǎng)控制，從而聯(lián)想到工業(yè)局域網(wǎng)的控制也可以通過無線網(wǎng)絡來搭建，并介紹工業(yè)局域網(wǎng)的前景。

物聯(lián)網(wǎng)技術的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡技術。

其包括三種應用：一是智能商業(yè)應用；二是智能醫(yī)療應用；三是智能環(huán)境應用，不管是哪一種應用，它都離不開局域網(wǎng)的架構。下面我簡單的介紹下其中的兩種應用。

一、智能商業(yè)應用

其包括網(wǎng)絡攝像頭、LED顯示屏、手持PDA、超高頻RFID等，網(wǎng)絡攝像頭和手持PDA是通過無線Wi-Fi通信。那么Wi-Fi以及RFID是否可以應用與工業(yè)控制呢？答案是肯定的。

1.Wi-Fi是一種無線通信協(xié)議與藍牙一樣，同屬于短距離無線通信技術。Wi-Fi速率最高可達11Mb/s。雖然在數(shù)據(jù)安全性方面比藍牙技術要差一些，但在電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌，可達100m左右。而且它是以太網(wǎng)的一種無線擴展，理論上只要用戶位于一個接入點四周的一定區(qū)域內，就能以最高約11Mb/s的速度接入Web。但實際上，如果有多個用戶同時通過一個點接入，帶寬被多個用戶分享，Wi-Fi的連接速度一般將只有幾百kb/s的信號不受墻壁阻隔，但在建筑物內的有效傳輸距離小于戶外。

2.Wi-Fi未來最具潛力的應用將主要在家庭無線網(wǎng)絡以及不便安裝電纜的建筑物或場所。目前這一技術的用戶主要來自機場、酒店、商場等公共熱點場所。Wi-Fi技術可與基于XML或Java的Web服務融合起來，大幅度減少企業(yè)的成本。例如企業(yè)選擇在每一層樓或每一個部門配備802.11b的接入點，而不是采用電纜線把整幢建筑物連接起來。這樣一來，可以節(jié)省大量鋪設電纜所需花費的資金。

3.射頻識別（RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸。無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池；也有標簽本身擁有電源，并可以主動發(fā)出無線電波（調成無線電頻率的電磁場）。標簽包含了電子存儲的信息，數(shù)米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。

二、智能環(huán)境應用

其包括：溫濕、光照、火焰、人體、液位等類傳感器，還包括電扇、警報燈、霧化器、加熱器等，這些器件通過數(shù)字量采集器和模擬量采集器利用RS485與控制箱進行通信。其中電扇是通過ZigBee技術和控制箱進行通信的。這里我就詳細的說說zigbee技術。

ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz（全球流行）、868MHz（歐洲流行）和915MHz（美國流行）3個頻段上，分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內，但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術，ZigBee具有如下特點：

（1）低功耗：

由于ZigBee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間，這是其它無線設備望塵莫及的。

（2）成本低：

ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5-2.5美元，并且ZigBee協(xié)議是免專利費的。

（3）時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms，休眠激活的時延是15ms， 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制（如工業(yè)控制場合等）應用。

（4）網(wǎng)絡容量大：

一個星型結構的Zigbee網(wǎng)絡最多可以容納254個從設備和一個主設備，一個區(qū)域內可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡，而且網(wǎng)絡組成靈活。

（5）可靠：

采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進行重發(fā)。

（6）安全：

ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權和認證， 采用了AES-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。

由此可見zigbee技術完全是可以應用在工業(yè)控制領域的。因此，筆者認為工業(yè)控制局域網(wǎng)及現(xiàn)場總線的前景是：無線短程網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。為什么無線通信在工業(yè)應用特別受到重視？ 因為它具有很多的優(yōu)勢。

其優(yōu)勢表現(xiàn)在：

（1）極大降低安裝成本、持續(xù)降低運行維護成本，更換方便，便于升級，減少接插件故障，移動自由且不受限制，投運快速。

（2）美國能源部的研究估計，無線傳感器網(wǎng)絡會為工業(yè)現(xiàn)場節(jié)能10%和降低排放或泄漏15%提供良好手段。

當然，目前來說，無線通信還存在著亟待解決的問題。

成本 減少安裝成本、減少運行維護成本、易于安裝和維護、電源管理（采用電池運行）

兼容性和 可擴可縮 可互操作性/共用基礎設施/共存性（與其他射頻設備共存）

在全世界范圍軍能使用（與使用國家無關）

網(wǎng)絡容量和網(wǎng)絡規(guī)?？蓴U可縮

性能 通信可靠（正確傳輸?shù)陌俜直?）、適于閉環(huán)控制、

快速的報告速率 、 支持現(xiàn)場點對點控制

信息安全 網(wǎng)絡安全、網(wǎng)格拓撲自組織（meshing）安全

三、結束語

無線傳輸進入工業(yè)控制領域的趨勢無可置疑。有人估計再過四、五年，大多數(shù)儀表和自動化產(chǎn)品都將嵌入無線傳輸?shù)墓δ?。無線技術首先會用在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設備監(jiān)控系統(tǒng)、設備資產(chǎn)管理、診斷維護等。當前較適宜應用的行業(yè)可能有：物流過程（裝運狀態(tài)監(jiān)控）、汽車制造、食品加工、制藥和流程行業(yè)（設備資產(chǎn)跟蹤、監(jiān)控、管理）等。

參考文獻

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