游建華

貴州航天電子科技有限公司 貴州貴陽 550009

1 無線通信技術(shù)的特征

無線通信技術(shù)是利用電磁波信號在空間中進(jìn)行信息的特殊性傳輸。在此過程中，體現(xiàn)了它的高效、快速、靈活的特點，可快速且大量地將圖片、文字和語音等數(shù)據(jù)進(jìn)行直接傳輸。無線通信技術(shù)增加了全國各地?zé)o障礙的經(jīng)濟與政治交流，為人們的生活帶來了便利。無線通信是通過無線接入的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此其不受任何自然因素的影響，可保持無線通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定與流暢。

2 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分類

2.1 WLAN技術(shù)

WLAN技術(shù)的相關(guān)科研成果成為無線信息交流技術(shù)，逐步普及到我們?nèi)粘Ｉ钪?，與之相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使其運行速度更快、傳輸容量更大，同時，與此相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)運用于相關(guān)的辦公室辦公和家庭網(wǎng)絡(luò)。然而WLAN技術(shù)僅局限于小范圍內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸[1]。

2.2 UWB技術(shù)

UWB相關(guān)科研技術(shù)成果是一項運行速度快、覆蓋范圍廣的無線信息傳遞技術(shù)。它是通過快速的頻率脈沖以及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行信息的傳遞，因此其脈沖范圍較為廣泛。其在基礎(chǔ)頻率3.1～10.6GHz的范圍內(nèi)占有很大的運行速度，同時減少了運行過程中的相關(guān)消耗。

3 無線通訊技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)分析

（1）需求分析。以某電機廠無線通信技術(shù)為例，電機廠設(shè)計了符合ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)具有高度可靠、適用于廣泛的應(yīng)用及可擴展之外，它們還與有線通信標(biāo)準(zhǔn)兼容，如現(xiàn)場總線、HART和PROFIBUS等，并以模塊形式提供免費或基于許可證的各種基礎(chǔ)技術(shù)。既可以用于構(gòu)建高度可靠的大規(guī)模工廠網(wǎng)絡(luò)，也可以與其他電機廠產(chǎn)品在中小型網(wǎng)絡(luò)中配套使用，從而可以持續(xù)擴展其能力。電機廠在開發(fā)該系統(tǒng)時主要關(guān)注以下3個重要特性：①可靠性：可靠的高性能現(xiàn)場無線和冗余技術(shù)；②靈活性：支持范圍廣的靈活結(jié)構(gòu)，適用于各種規(guī)模的工廠；③開放性：開放的ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)，可連接第三方現(xiàn)場無線設(shè)備支持高可靠性現(xiàn)場無線系統(tǒng)的技術(shù)。電機廠現(xiàn)場無線的接收效率很高，其特點是無線物理層（可靠的無線電）具有高可靠性。該技術(shù)可以在無障礙的情況下進(jìn)行長達(dá)600m的長距離通圖3系統(tǒng)設(shè)計簡圖信，并且在“障礙物密集環(huán)境”的多路徑環(huán)境中實現(xiàn)低數(shù)據(jù)包錯誤率[2]。

（2）系統(tǒng)實施方案。實際生產(chǎn)現(xiàn)場的條件千變?nèi)f化，在該項目實施前對現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，了解生產(chǎn)現(xiàn)場的測點、控制室及設(shè)備之間妨礙無線通信障礙物的狀況，同時進(jìn)行實際無線信號發(fā)送、接收信號強度、通信成功率、路徑穩(wěn)定性等相關(guān)指標(biāo)的測試，從而更有針對性的選用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如天線型式、中繼器數(shù)量位置、網(wǎng)關(guān)數(shù)量位置等等）。在某企業(yè)長運輸管線氣體監(jiān)測工程項目中，采用了符合ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)實施方案流程簡圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)實施方案流程簡圖

（3）系統(tǒng)設(shè)計。針對長運輸管線氣體監(jiān)測線路長、測點分散，被鐵路、建筑物分割，傳輸氣體為有毒、易燃易爆，監(jiān)測點分散設(shè)計智能無線系統(tǒng)硬件包括1臺無線網(wǎng)關(guān)，1臺無線接入點，3無線變送器中繼裝置，4臺無線變送器。其系統(tǒng)設(shè)計簡圖見圖2。長運輸管線氣體監(jiān)測點各有2臺氣體檢測儀，每臺無線設(shè)備了接入兩個現(xiàn)信號。

圖2 系統(tǒng)實施方案設(shè)計簡圖

一個無線通信網(wǎng)絡(luò)通常包括網(wǎng)關(guān)和數(shù)臺至數(shù)十臺無線現(xiàn)場設(shè)備，它們之間采用無線通信，現(xiàn)場設(shè)備把信號傳輸至接入點，再由接入點把信號傳至網(wǎng)關(guān)，然后由網(wǎng)關(guān)以有線方式（例如Modbus、TCP/IP、OPC、以太網(wǎng)等）連接到控制系統(tǒng)。

4 實施效果

工業(yè)無線通信采用了網(wǎng)狀、星型及混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以它在網(wǎng)關(guān)、接入點和現(xiàn)場設(shè)備之間可提供多條冗余通信路徑。它能檢測到傳輸路徑的惡化并自動修復(fù)，可以自動選擇路徑從而繞過障礙物；還采用了其他技術(shù)來保證通信的可靠性：跳頻、可設(shè)置的傳輸功率、確定滿足監(jiān)測和控制應(yīng)用需求的優(yōu)先級機制等。網(wǎng)絡(luò)安裝以后，通過工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)配套的軟件可以在控制室的操作員站的顯示畫面上實時監(jiān)控工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的運行狀況見圖3。

圖3 系統(tǒng)設(shè)計簡圖

每臺設(shè)備的基礎(chǔ)信息，涉及工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)每臺設(shè)備的運行狀況指標(biāo)，如節(jié)點狀態(tài)、運行的鄰居（可提供路由的相鄰設(shè)備）、鄰居數(shù)、維護(hù)要求、可靠性、路徑穩(wěn)定性、接收信號強度指示等都是判斷無線設(shè)備通信是否正常的重要參數(shù)。通常情況下這些參數(shù)是穩(wěn)定的不會有大的變化，說明其數(shù)據(jù)傳送可靠、工作正常。

從實踐中看，運行的效果滿意。自工業(yè)無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的產(chǎn)品推出之后，亦經(jīng)歷了從飽受爭議到逐漸被認(rèn)可的過程，很多國內(nèi)用戶已經(jīng)由開始時的質(zhì)疑態(tài)度，轉(zhuǎn)變?yōu)檎J(rèn)可態(tài)度。因為工業(yè)無線通信技術(shù)符合節(jié)能減排的要求，和有線系統(tǒng)比較無線系統(tǒng)現(xiàn)場安裝費用約節(jié)省80%～90%；無線系統(tǒng)總費用有較大的節(jié)??；無線系統(tǒng)后期維護(hù)費用大大低于有線系統(tǒng)；無線系統(tǒng)后期如需改造，其費用大大低于有線系統(tǒng)[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，工業(yè)無線通信技術(shù)的應(yīng)用不僅可以對現(xiàn)場儀器儀表提供故障診斷、預(yù)測維護(hù)功能，而且可以報告與現(xiàn)場儀器儀表相關(guān)的工藝過程或工藝設(shè)備的健康狀態(tài)，從而改善生產(chǎn)過程的操作性能。