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無(wú)線(xiàn)系統構成 |
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對任何通信系統的結構來(lái)說(shuō)，不管是無(wú)線(xiàn)還是有線(xiàn)，都包含三個(gè)基本的組成部分。
例如，在傳統的“有線(xiàn)”過(guò)程控制自動(dòng)化中， 測量變送器（信號來(lái)源）通過(guò)雙絞線(xiàn)（媒介）將數據發(fā)送給分布式控制系統或者其他的主機（接收器）。 傳統的過(guò)程自動(dòng)化系統通信使用電線(xiàn)來(lái)連接信號源和接收器。 在無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案中，無(wú)線(xiàn)電波取代電線(xiàn)成為了通信媒介。通過(guò)無(wú)線(xiàn)裝置和天線(xiàn)，來(lái)自于測量變送器的電子信號被轉變成無(wú)線(xiàn)電波，而相應在主機方面也有另外一個(gè)接收天線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)裝置再將電波轉變回去，重新成為可用的信息。
無(wú)線(xiàn)連接利用無(wú)線(xiàn)電波作為通信媒介。
雖然無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的變送器和其他部件可以使用硬線(xiàn)連接來(lái)為他們的電子部件和無(wú)線(xiàn)裝置提供電源，然而一個(gè)“真正無(wú)線(xiàn)”的裝置，是不會(huì )利用電線(xiàn)來(lái)進(jìn)行通信和供電的。 在這些“真正無(wú)線(xiàn)”的裝置中，通常是使用電池或者通過(guò)能量搜集技術(shù)利用可用的太陽(yáng)能、熱能或振動(dòng)能等進(jìn)行供電，或者使用兩者同時(shí)供電。 所有無(wú)線(xiàn)應用均遵循這一基本的系統模型。但是不同的工業(yè)或應用會(huì )選用不同的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，以便滿(mǎn)足其特定的要求。 例如，在一個(gè)工廠(chǎng)內，您可能會(huì )采用無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)將數據在傳感器和其他現場(chǎng)部件之間進(jìn)行傳送，也可能采用無(wú)線(xiàn)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，利用它處于機動(dòng)工作狀態(tài)的工作人員可以很容易地對信息系統進(jìn)行控制和維護； 以及其他技術(shù)，以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方法進(jìn)入工廠(chǎng)局域網(wǎng)，進(jìn)行資產(chǎn)跟蹤和安全方面的應用。
下一節：頻率 |
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頻率 |
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無(wú)線(xiàn)通信中應用的無(wú)線(xiàn)電波作為電磁頻譜上的一部分。 絕大多數的無(wú)線(xiàn)頻率都在加以分配之后進(jìn)行應用。 有許多頻率處于特別許可的頻段，這些頻段專(zhuān)門(mén)預留出來(lái)作為軍事、警察或者其他專(zhuān)門(mén)的用途。 某些行業(yè)內的公司，例如手機和衛星電視也需要繳付可觀(guān)的費用來(lái)獲取使用某些頻率的許可。對于一個(gè)特定的國家或地區，這些許可常常也是特定的。 然而有一些頻段是可以不經(jīng)許可，自由使用的，包括工業(yè)、科學(xué)或醫療（ISM）頻段。對使用者的要求是，他們需要遵守某些管制的規定，例如限制發(fā)送功率等等。 通常使用的與過(guò)程工業(yè)相關(guān)的ISM 頻段有三個(gè) ：900MHz, 868MHz, 以及2.4GHz.
下一節：干擾處理 |
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干擾處理 |
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有電波傳播的擁擠環(huán)境會(huì )對無(wú)線(xiàn)信號產(chǎn)生干擾。其他的無(wú)線(xiàn)頻率“噪音”源，例如電氣電子設備，也會(huì )產(chǎn)生同樣的干擾。
克服干擾的方法之一，是通過(guò)增加傳輸功率來(lái)增加信號強度。 但是信號增強之后可能會(huì )對區域內其他正常的信號傳輸造成干擾。對于利用電池供電的設備，增強傳輸的信號還會(huì )在相當程度上降低電池的預期壽命。
信號傳輸的物理障礙也會(huì )吸收射頻能量，從而對無(wú)線(xiàn)信號產(chǎn)生干擾，這會(huì )導致信號有效強度的降低。 某些材料會(huì )反射射頻信號。 雖然這種反射實(shí)際上可以幫助信號“繞過(guò)”一些障礙，它也會(huì )導致信號強度的損失，并導致時(shí)間延遲，帶來(lái)“回波”效應。
大多數接收器的設計方式，都是鎖定最強信號，忽略回波。但是即使最強的信號也只是信號源最初發(fā)射的信號的一部分，它也可能在傳輸過(guò)程中大大地減弱。 因此無(wú)線(xiàn)信號必須克服的障礙越多，信號也就越弱，無(wú)線(xiàn)通信的有效范圍也就越窄。 幸運的是，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步，在與過(guò)程相關(guān)的應用中克服多種干擾也就成為可能。 例如，應用跳頻技術(shù)，信號可以在分配的頻段中通過(guò)替代頻率進(jìn)行傳輸。 如果干擾在其中一個(gè)頻率上導致問(wèn)題，信號可以跳到另外一個(gè)頻率進(jìn)行傳輸。 應用自組網(wǎng)絡(luò )也可以提供抗干擾的途徑。 如果在自組織網(wǎng)絡(luò )中兩個(gè)設備之間的通信被干擾中斷， 網(wǎng)絡(luò )會(huì )自動(dòng)利用其中的其它設備來(lái)提供替代途徑，將信號傳輸到指定地點(diǎn)。 某些無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案會(huì )同時(shí)應用這兩種技術(shù)，或者其他技術(shù)來(lái)確保通信的可靠性。 下一節：無(wú)線(xiàn)技術(shù) |
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無(wú)線(xiàn)技術(shù) |
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無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)種類(lèi)繁多：藍牙、CDMA、GSM/GPRS、900MHz Zigbee、Wi-Fi、Wi-Max、衛星通信等等，這還僅僅是其中您可能會(huì )聽(tīng)說(shuō)過(guò)的一部分。
為什么有這么多的無(wú)線(xiàn)技術(shù)呢？ 理由很簡(jiǎn)單，沒(méi)有一種技術(shù)可以很理想地適用于任何行業(yè)的任何用途。 例如，不同的技術(shù)會(huì )更加適合在不同距離上進(jìn)行傳輸。
雖然沒(méi)有一種單一的無(wú)線(xiàn)方案適用于所有的過(guò)程工業(yè)要求，還是有某些技術(shù)可以很好地應用于一些共同的用途。
在隨后的課程中，您將學(xué)到更多關(guān)于這些技術(shù)――以及其他技術(shù)――的知識。 下一節：工業(yè)應用 |
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工業(yè)應用 |
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無(wú)論一項技術(shù)如何令人興奮，您都不可能對它進(jìn)行投資――除非它對您的業(yè)務(wù)具有實(shí)際用途――可以解決您的問(wèn)題或者帶來(lái)新的收益。
但是無(wú)線(xiàn)技術(shù)及其成熟的方案在今天已經(jīng)具有了廣闊的應用范圍。 大多數過(guò)程工業(yè)的操作都很容易找到可以應用無(wú)線(xiàn)技術(shù)的地方，而且回報豐厚。
遠程應用。假如您需要獲取數據的地方跟您使用他們的地方有數公里之遙， 硬線(xiàn)連接顯然不太現實(shí)。這樣的例子包括如遠程監控儲存罐庫存，從遠程記錄儀收集數據，以及獲取來(lái)自于遠處的油氣田設備的診斷信息等等。 無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以提供實(shí)際可行的操作方案。例如，由于蜂窩技術(shù)的應用，數據可以從相當遙遠的地方通過(guò)已有的通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳送而價(jià)格低廉。 而您再也不需要等到下一次有人要訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)位于遠處的操作設施的時(shí)候才得知那里到底在發(fā)生著(zhù)什么。 工廠(chǎng)近距離應用。 即使您需要的信息就在不遠之處，有許多障礙，公路、鐵道或者河流都仍然會(huì )使得硬線(xiàn)連接很難變成現實(shí)。 像無(wú)人管理或者難以抵達的工廠(chǎng)周邊區域，例如罐區或者水處理設施等等均屬于這種情況。
然而應用無(wú)線(xiàn)技術(shù)，例如Wi-Fi，卻可以輕易的將那些地方連接到您的控制室或者工廠(chǎng)內的其他某個(gè)地點(diǎn)――有了這種連接您就可以及時(shí)知道那兒的工作狀況以便采取適當的措施。 工廠(chǎng)內應用。 雖然工廠(chǎng)內部的通信距離較短，但是傳統的硬線(xiàn)連接有時(shí)候成本之高甚至會(huì )超過(guò)由所獲取的附加信息帶來(lái)的利潤。
無(wú)線(xiàn)技術(shù)譬如自組織網(wǎng)絡(luò )可以達成于您有利的平衡。 這些易于安裝的，方便擴展的無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )以一種令人矚目的方式降低成本，添加新的測量點(diǎn)，或者訪(fǎng)問(wèn)有關(guān)的診斷數據均變得簡(jiǎn)單易行，而這些通過(guò)傳統的控制網(wǎng)絡(luò )和系統都是難以實(shí)施的。 無(wú)線(xiàn)技術(shù)還可以提高操作人員和維護人員的生產(chǎn)效率。 在大多數生產(chǎn)加工應用中，處于移動(dòng)狀態(tài)的工作人員都可以訪(fǎng)問(wèn)控制以及維護的數據――無(wú)論他們身在何處。 下一節： 現場(chǎng)總線(xiàn)、HART， 還是無(wú)線(xiàn)技術(shù)？ |
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現場(chǎng)總線(xiàn)、HART， 還是無(wú)線(xiàn)技術(shù)？ |
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無(wú)線(xiàn)技術(shù)如何適合其他的通信技術(shù)，以便為過(guò)程自動(dòng)化，例如HART和基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)提供服務(wù)？他們可以共存嗎? 還是其中一個(gè)優(yōu)于另外一個(gè)？
答案是：各有優(yōu)勢。為某項操作尋求最大生產(chǎn)力和最大的收益率，需要這些技術(shù)相互之間的配合。 HART 和基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)通信是傳統監控應用的理想之選。
今天的無(wú)線(xiàn)技術(shù)適合于許多控制應用的場(chǎng)合，但是對于監測那些以前無(wú)論從經(jīng)濟上來(lái)說(shuō)還是從物理上來(lái)說(shuō)均難以著(zhù)手的資產(chǎn)――例如敷設電纜的成本要高過(guò)所帶來(lái)的利益的地方――無(wú)疑更是理想的選擇。
這些增量監測裝置所提供的額外的數據，常常對工廠(chǎng)的業(yè)務(wù)優(yōu)化――與關(guān)鍵的安全應用或基本生產(chǎn)上的應用相比――顯得更加重要。 他們要求的更新速度常常是從每幾秒一次到每天數次不等，不但經(jīng)常用于控制系統，也經(jīng)常與歷史數據庫或資產(chǎn)管理軟件結合使用。
無(wú)線(xiàn)技術(shù)適用于增量監測和非關(guān)鍵控制應用。
如圖所示， 無(wú)線(xiàn)技術(shù)在現有設施的增量監測應用中尤顯經(jīng)濟。在這些應用中要敷設新的電纜是一項復雜的工作而且成本高昂。
對于新設施來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)應用的優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有那么突出。 因為這些新設施可以在一開(kāi)始的時(shí)候――在基礎設施和其他的障礙還沒(méi)有對增量監測裝置的安裝形成障礙的時(shí)候――就已經(jīng)將有線(xiàn)通信的額外容量考慮在內了。 當現場(chǎng)總線(xiàn)的廣泛應用使得敷線(xiàn)成本和復雜性進(jìn)一步減少的時(shí)候，這種優(yōu)勢差別就更小了。 在有些情況下，您會(huì )發(fā)現將現場(chǎng)總線(xiàn)，HART和無(wú)線(xiàn)技術(shù)結合使用會(huì )得到最好的效果。 您可以在無(wú)人管理的工廠(chǎng)附近設施內利用基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)的現場(chǎng)控制功能，同時(shí)利用無(wú)線(xiàn)方式將他們連接到中央控制室去。 下一節：為什么現在流行無(wú)線(xiàn)技術(shù)？ |
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為什么現在流行無(wú)線(xiàn)技術(shù)？ |
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無(wú)線(xiàn)不是什么新鮮出爐的事物了。 但是為什么現在流行無(wú)線(xiàn)技術(shù)呢？
想一想移動(dòng)電話(huà)都發(fā)生了些什么。 蜂窩技術(shù)在大規模應用之前早已存在了至少十年之久，但是早期的移動(dòng)電話(huà)體型較大，電池壽命較短，對于大多數人而言只是可望而不可及的東西。 隨著(zhù)這些問(wèn)題一旦解決，它的應用就呈指數形式向上竄升了。 在過(guò)程自動(dòng)化方面也是類(lèi)似的情況。 雖然無(wú)線(xiàn)通信可帶來(lái)的潛在利益顯而易見(jiàn)，但是用戶(hù)仍然不愿意將它應用到工廠(chǎng)中去， 他們會(huì )考慮到安全問(wèn)題、電池壽命問(wèn)題、標準問(wèn)題以及通信可靠性的問(wèn)題，直到這些問(wèn)題得以解決。 近幾年來(lái)，有數家自動(dòng)化和無(wú)線(xiàn)技術(shù)供應商集中精力解決此類(lèi)及其他存在的問(wèn)題。 最終的結果是，“可用于過(guò)程工業(yè)”的無(wú)線(xiàn)解決方案日益完備。
與此同時(shí)，用戶(hù)們都在孜孜以求從他們的操作中力爭更大的生產(chǎn)率（和更小的成本）。 無(wú)線(xiàn)技術(shù)為他們提供了具有良好成本效益的方法――從附加過(guò)程測量到設備診斷到庫存水平等等――來(lái)獲取信息，為達成這些目標提供幫助。 下一節： 總結 |
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總結 |
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本課程對過(guò)程工業(yè)應用無(wú)線(xiàn)技術(shù)做了非?；镜慕榻B。 主要內容包括：
PlantWeb大學(xué)無(wú)線(xiàn)技術(shù)系列的其他課程中會(huì )更加詳細地講述這些概念，還會(huì )涉及到更多的概念。 下一節：測驗 |
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測驗 |
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下列問(wèn)題將幫助您回顧在本課程中學(xué)到的知識。
每個(gè)問(wèn)題都只有一個(gè)正確答案。每次正確回答一個(gè)問(wèn)題，您會(huì )贏(yíng)得一個(gè)寶貴的獎勵點(diǎn)數。
準備好了嗎？ 請點(diǎn)擊下面的“＞”圖標。
下一節：?jiǎn)?wèn)題1 |
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測驗――問(wèn)題1 |
在工業(yè)無(wú)線(xiàn)通信中，哪個(gè)頻段最常應用？
紫外線(xiàn)
ISM 頻段
20-20,000 Hz
都不是
紫外線(xiàn)
ISM 頻段
20-20,000 Hz
都不是
正確！/對不起，正確答案是“ISM頻段”。
工業(yè)、科學(xué)和醫療（ISM）無(wú)線(xiàn)頻段最常應用于無(wú)線(xiàn)通信，包括用于工業(yè)用途。
在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。
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測驗――問(wèn)題2 |
下面哪個(gè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)適合用于遠距離監測用途？
藍牙
自組織網(wǎng)絡(luò )
蜂窩技術(shù)
上面所有答案
正確！/ 對不起，正確答案是“蜂窩技術(shù)”.
蜂窩技術(shù)可以利用現有的電信設施，所以非常適合于長(cháng)距離監測應用。藍牙和自組網(wǎng)絡(luò )技術(shù)用于更短的距離范圍。
在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。
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測驗――問(wèn)題3 |
下面敘述是否正確：在新工廠(chǎng)中，無(wú)線(xiàn)技術(shù)應當用于取代更老的有線(xiàn)技術(shù)方案，例如HART和基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)。
正確
錯誤
正確
錯誤
正確！/對不起，正確答案是“錯誤”。
這三項技術(shù)是互補的。有線(xiàn)HART和基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)在無(wú)線(xiàn)技術(shù)不適合使用的地方是理想的選擇。
在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。
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測驗結果 |
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問(wèn)題編號 |
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3 |
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總計 |
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祝賀您完成了本課程！您的測驗結果顯示在左側表格內。
這個(gè)分數將累加到您的獎勵點(diǎn)數中――讓您更早獲得精美的獎品！ 點(diǎn)擊下面的“退出”鍵來(lái)關(guān)閉窗口，然后選擇另一課程――或者看看PlantWeb還有哪些其他課程？ |
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號