概述

部件選擇同技術(shù)選擇同樣重要。 對于無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )而言，您選擇的部件會(huì )對網(wǎng)絡(luò )的可靠性、功耗以及安全性產(chǎn)生深刻的影響。

任何網(wǎng)絡(luò )，不論有線(xiàn)無(wú)線(xiàn)，都要有信號源來(lái)發(fā)送信號，有媒介傳遞信號，有接收器來(lái)接收信號，然后要利用信號做點(diǎn)兒什么。
在傳統的過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò )的結構是由現場(chǎng)設備來(lái)發(fā)送數據，再經(jīng)過(guò)電纜傳送到主機系統，例如DCS或PLS等。 而無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的絕大部分數據都是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波來(lái)進(jìn)行傳輸的，這就要求在網(wǎng)絡(luò )構成部件方面有所變化，例如添加無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置和天線(xiàn)等等。

在本課程中您將會(huì )學(xué)習如何為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )選擇構成部件。
 
無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備，用于收集并發(fā)送數據
 
網(wǎng)關(guān)， 提供無(wú)線(xiàn)設備和主機系統之間的結合界面
 
主機系統，接收并管理來(lái)自于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的信息。
 
 
由于自組織網(wǎng)絡(luò )是工廠(chǎng)內無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的首選技術(shù)，所以我們將主要介紹這些部件在自組織網(wǎng)絡(luò )中的應用。 本課程不包括例如手持通信裝置、PDA、移動(dòng)工作人員使用的平板電腦等無(wú)線(xiàn)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )接入設備。

 提示
在您閱讀本課程內容的同時(shí)，請別忘了留意下面這些問(wèn)題的答案：
 
無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的組成部件都有哪些？
 
我對于無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備都應該有哪些方面的考慮？
 
什么是網(wǎng)關(guān)？
 
我如何才能將來(lái)自于無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的信息整合到現有的主機系統中？
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下一節：無(wú)線(xiàn)設備
無(wú)線(xiàn)設備

無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備包含兩個(gè)部分：一是傳統的傳感器，用來(lái)收集數據，另外一個(gè)是無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置，用于發(fā)送和接收數據。

雖然有些無(wú)線(xiàn)設備是用有線(xiàn)電源給無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置和傳感器進(jìn)行供電的， 但“真正無(wú)線(xiàn)”的設備并不使用電線(xiàn)來(lái)進(jìn)行通信和供電。 電池是最常見(jiàn)的電源。 但是有些設備還可以利用能量收集技術(shù)，將環(huán)境當中的能量――例如太陽(yáng)能、熱能或者振動(dòng)能轉變?yōu)殡娔芗右岳?。這就大大降低了對電池電源的依賴(lài)性，也因此降低了與更換電池相關(guān)的長(cháng)期維護費用。 （關(guān)于電源方面的更多內容，請參考電源管理課程）

無(wú)線(xiàn)設備有哪些方面需要考慮？
 
內置式路由器。 自組織網(wǎng)絡(luò )中的設備并不僅僅是發(fā)送測量數據的終點(diǎn)， 它們還同時(shí)作為路由器將數據轉發(fā)給其他附近的設備。 網(wǎng)絡(luò )中這樣的設備越多，潛在的通信路徑也就越多――網(wǎng)絡(luò )也就越可靠。
 
低功率設計。 選擇設計的功耗較低，又能提供合適的信號強度、更新率和可靠性的無(wú)線(xiàn)設備。通常將傳感器和無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置的電子部分集成在一起的設備，其整體功耗最低。
 
多數據設備類(lèi)型。除了要發(fā)送基本的過(guò)程變量（PV）信息之外，設備還應該能同時(shí)傳達HART命令和與事件相關(guān)的通知，例如警報、報警和組態(tài)參數等等。有些無(wú)線(xiàn)設備具有內置式診斷部件，能夠探測甚至預測設備、無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置和電池故障――從而減少工作人員親臨現場(chǎng)進(jìn)行設備檢查的次數，并增加您對網(wǎng)絡(luò )的信心。
 
較低的等待時(shí)間。等待時(shí)間指數據從信號源到達終點(diǎn)的時(shí)間。對某些類(lèi)型的應用來(lái)說(shuō)，過(guò)長(cháng)的等待時(shí)間可能會(huì )導致信號抵達的時(shí)間太遲而無(wú)法再行使用。 應確保選用的設備不會(huì )超過(guò)應用中指定的等待時(shí)間。 同時(shí)為了幫助對網(wǎng)絡(luò )故障進(jìn)行處理，您還應能夠根據需要獲取關(guān)于實(shí)際等待時(shí)間的信息。
 
同步與時(shí)間標志。 選擇的無(wú)線(xiàn)設備應能同網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘同步并且對所有信息進(jìn)行時(shí)間標記。

除了要保證時(shí)間標記的一致性之外，網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘同步還可以使所有的設備都按照預定的時(shí)間來(lái)發(fā)送和接收信息。

時(shí)間標記使網(wǎng)絡(luò )可以識別等待時(shí)間的長(cháng)短，并做出補償；同時(shí) 提供工具來(lái)驗證信號是否已經(jīng)發(fā)送成功而且未遭更改。還可用于在記錄保管方面提供幫助，例如為保證同監管法規的一致性而做的記錄。
 
靈活的通信定時(shí)。 無(wú)線(xiàn)設備應能支持多種測量數據的采樣和報告時(shí)間的間隔。 這是由于在自組織網(wǎng)絡(luò )內它們不但要發(fā)送來(lái)自于自有傳感器的數據，同時(shí)還要發(fā)送來(lái)自于同一網(wǎng)絡(luò )內其他設備的數據。 理想的無(wú)線(xiàn)設備應該能夠按照從數秒每次到每天一次的時(shí)間間隔來(lái)進(jìn)行報告。
 
支持數據“儲存和轉送”的傳輸方式。 在自組織網(wǎng)絡(luò )內，每個(gè)節點(diǎn)都不僅僅傳送自己的數據，也傳送來(lái)自于相鄰設備的數據。 通過(guò)儲存和轉送方式，信息可以在中間節點(diǎn)內進(jìn)行短暫的儲存和處理，然后才按照預定的通信時(shí)間將他們轉送到目的地。 這種可選擇的數據傳送方式減少了功率損耗，又使得帶寬效率得以提高。
 
設計安全。設備應提供信號鑒定、驗證以及關(guān)鍵管理――而且應該在進(jìn)入設備之前進(jìn)行。
 
能支持多種拓撲結構。 無(wú)線(xiàn)設備應具有內在的智能和靈活性，以便可以在任何給定的時(shí)刻根據需要自動(dòng)成為星狀、網(wǎng)狀或者簇－樹(shù)狀拓撲結構――或者這三種結構――的一部分，從而獲得最佳網(wǎng)絡(luò )效率。
 
支持行業(yè)標準。 為了順利整合和兼容性的目的――即使您的需要將來(lái)有所改變――請選擇可以支持新興的過(guò)程自動(dòng)化無(wú)線(xiàn)標準的設備。
 
易于安裝。 即使標準有線(xiàn)儀器的安裝也是一個(gè)復雜的工作。 選擇無(wú)線(xiàn)設備，應用同有線(xiàn)的儀器設備同樣的傳感器過(guò)程連接和程序，可以降低安裝費用，并減少錯誤的發(fā)生。
 
 
艾默生公司的優(yōu)勢

艾默生智能現場(chǎng)設備――無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)設備――都將同類(lèi)中最好的傳感器技術(shù)同診斷功能相結合，幫助您在故障可能危害操作之前對其進(jìn)行辨別甚至預測。我們供應的無(wú)線(xiàn)設備在經(jīng)過(guò)優(yōu)化后功耗較低，并包括一套完整的安全功能，以保證較小的運行風(fēng)險。

下一節: 網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)

在無(wú)線(xiàn)世界里，網(wǎng)關(guān)用來(lái)為無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)設備和主機系統之間提供一個(gè)結合界面。

網(wǎng)關(guān)應能保證來(lái)自于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的數據可以無(wú)縫整合到系統之中，這些系統包括現有的控制系統，歷史記錄器，或者其他的主機等等。 經(jīng)過(guò)整合之后，您可以利用已有的工具來(lái)管理測量點(diǎn)，收集數據并對信息進(jìn)行處理――而不用區別這些數據到底來(lái)自于有線(xiàn)還是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。
關(guān)于網(wǎng)關(guān)有哪些方面應加以考慮？
 
同現有的系統和網(wǎng)絡(luò )之間的兼容性。 由于網(wǎng)關(guān)可能需要將來(lái)自無(wú)線(xiàn)設備的數據同數據收集系統（DCS）、歷史數據記錄器或一些其他的系統進(jìn)行整合，所以能夠支持若干個(gè)連接線(xiàn)路，以便于為不同類(lèi)型的主機提供接口就顯的非常重要。

網(wǎng)關(guān)的工作應該富有效率。 如果在同一區域內還有其他的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )存在，也不應該對網(wǎng)關(guān)的功耗和可靠性產(chǎn)生較大的影響。
 
設計安全。選擇從設計上支持信息的鑒定、核實(shí)和關(guān)鍵管理等先進(jìn)安全策略的網(wǎng)關(guān)可以減少潛在的風(fēng)險。

如果網(wǎng)關(guān)提供無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)輸出，它還應該支持有關(guān)的安全標準，例如HTTPS（一種安全網(wǎng)絡(luò )界面），SSH(一種安全外殼)，和VPN（一種安全鏈接）等等。

如果想要網(wǎng)絡(luò )更加安全，可以使用一種“控制訪(fǎng)問(wèn)”的網(wǎng)關(guān)，以限制用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)和他們能夠執行的任務(wù)的種類(lèi)。
 
自我故障恢復能力。 自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的設備可以通過(guò)自動(dòng)更改傳輸頻率或者路徑來(lái)“治愈”通信中斷故障。網(wǎng)關(guān)應能適應這兩種故障恢復的方式。
 
支持多種拓撲結構。 同自組織網(wǎng)絡(luò )中其他的節點(diǎn)一樣，網(wǎng)關(guān)應該能夠按需自動(dòng)成為星狀、網(wǎng)狀或簇－樹(shù)狀拓撲結構的一部分。
 
可擴展性。 選擇合適的網(wǎng)關(guān)，使您在任何時(shí)間都可以很容易地增加設備。
 
診斷信息。 網(wǎng)關(guān)應能提供網(wǎng)絡(luò )統計和診斷數據，以便為網(wǎng)絡(luò )的安裝、故障處理和維護提供幫助。 應該便于訪(fǎng)問(wèn)的信息包括：
? 哪一個(gè)設備處在工作狀態(tài)
? 每一條通道的路徑統計
? 端對端信息傳輸的可靠性
? 無(wú)線(xiàn)信號強度指示（RSSI）
? 每個(gè)通信路徑單獨部分的鏈接質(zhì)量指標。
艾默生公司的優(yōu)勢

艾默生公司生產(chǎn)的1420 智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)經(jīng)過(guò)特別設計，可以滿(mǎn)足過(guò)程自動(dòng)化應用中的苛刻要求――這種網(wǎng)關(guān)特別增加的智能可以幫助您充分利用無(wú)線(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)。 網(wǎng)關(guān)的功能包括：
 
方便易用的安全功能，包括自動(dòng)化的關(guān)鍵旋轉功能；支持有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的以太網(wǎng)驗證方法。
 
支持一系列廣泛的通信協(xié)議，簡(jiǎn)化同老式主機系統的整合，包括
? 用于DCS和PLC 的Modbus/RTU和 Modbus/TCP協(xié)議
? 用于歷史數據記錄器和人機接口（HMIS）的OPC協(xié)議
? 用于資產(chǎn)管理系統和基于工廠(chǎng)局域網(wǎng)的其他應用的Ethernet協(xié)議
? 用于配置和簡(jiǎn)單監測的網(wǎng)絡(luò )界面HTTP協(xié)議
? 用于成批數據轉移的XML和CSV協(xié)議
 
提供現場(chǎng)設備診斷數據，例如電池電壓，報警指示，以及網(wǎng)絡(luò )統計數據等等。
 
嵌入式網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，可用于基于瀏覽器的組態(tài)、診斷、設備操作信息和關(guān)鍵管理工具等。
 
為自組織網(wǎng)絡(luò )提供支持，包括自我故障恢復和自組織能力，網(wǎng)絡(luò )擴展方便而無(wú)需重啟或重新配置。
 
可以進(jìn)行無(wú)縫整合，無(wú)專(zhuān)用軟件或者非標準主機硬件修改的要求。
 
 

下一節: 主機系統

主機系統

大部分人都會(huì )通過(guò)主機系統來(lái)訪(fǎng)問(wèn)并使用來(lái)自無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的信息。 主機系統可能是DCS、PLC、SCADA系統、資產(chǎn)管理應用系統、歷史數據記錄器，或者網(wǎng)絡(luò )接口等等。
在一個(gè)整合良好的主機系統中，無(wú)論數據來(lái)自于有線(xiàn)還是無(wú)線(xiàn)系統，它們看上去都是一樣的。除此之外，主機系統應能很容易地整合來(lái)自于無(wú)線(xiàn)設備的增量數據。通過(guò)系統，您可以對無(wú)線(xiàn)設備進(jìn)行組態(tài)，訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )和設備診斷信息，一切都同今天您對有線(xiàn)設備和網(wǎng)絡(luò )的操作一樣。

有些無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )甚至能為多個(gè)主機系統提供數據。主機的類(lèi)型將決定網(wǎng)關(guān)和主機之間連接的方式。

例如，許多現代的控制系統和過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，這使得和同樣支持以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)之間的整合變得輕而易舉。 這種網(wǎng)關(guān)到主機之間的連接既可以是無(wú)線(xiàn)方式，也可以是有線(xiàn)方式（包括光纖方式）。

要將數據整合到老式的、不支持Ethernet、OPC或者M(jìn)odbus TCP協(xié)議的DCS 或PLC主機中，將要求使用Modbus RTU方式連接。RTU是一種基于串行通信方式的，最常見(jiàn)的Modbus協(xié)議， Modbus RTU 協(xié)議還支持HMI（人機接口）應用。

歷史數據記錄器和許多其他的應用都可以按照OPC協(xié)議（過(guò)程控制的對象鏈接嵌入）進(jìn)行連接。 OPC協(xié)議是一種廣泛應用的實(shí)時(shí)數據交換工業(yè)標準。這種應用可以為用戶(hù)提供在操作、維護和工程方面的信息，同時(shí)避免將對于控制和安全并非十分關(guān)鍵的數據發(fā)送給數據收集中心（DCS）。
艾默生公司的優(yōu)勢
作為自動(dòng)化體系固有的一部分，艾默生推出的DeltaV 過(guò)程自動(dòng)化系統是業(yè)內首個(gè)數字自動(dòng)化系統，支持標準平臺和開(kāi)放協(xié)議。 多年以來(lái)，通過(guò)這個(gè)系統我們使用類(lèi)型齊全的無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案為我們的客戶(hù)提供支持，并同他們保持方便的聯(lián)系。
下一節: 數據管理
數據管理

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以提供必要的數據，讓您對自己的操作有一個(gè)更加清楚的了解。趨勢判斷、歷史數據記錄以及其他形式的數據管理可以為您提供信息，幫助您找到一種更加有效的方案來(lái)經(jīng)營(yíng)工廠(chǎng)和管理資產(chǎn)。

所有的數據管理應用都應能接受來(lái)自無(wú)線(xiàn)系統的數據。 例如通過(guò)資產(chǎn)管理軟件您可以訪(fǎng)問(wèn)以無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送的設備診斷信息，這跟訪(fǎng)問(wèn)以有線(xiàn)方式發(fā)送的信息并無(wú)不同。
艾默生公司的優(yōu)勢

我們推出的業(yè)內領(lǐng)先的AMS設備管理組合允許無(wú)線(xiàn)數據的無(wú)縫整合，通過(guò)它，用戶(hù)可以獲取并利用來(lái)自于已安裝的HART設備的“擱淺”的診斷信息。 將1420智能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)連接到AMS設備管理組合的 智能設備管理系統將可以為設備診斷、組態(tài)管理、標定管理以及維護文件等提供充分的補充功能。

新的應用也會(huì )出現，為無(wú)線(xiàn)數據訪(fǎng)問(wèn)方式的方便性和成本效益提供杠桿作用。 這些新應用包括如遠距離壓力釋放閥的記錄激活，以尋求符合法規；對安全指示器的監視，以加快應急反應等等。

下一節：選擇設備供應商

選擇設備供應商

最好是同那些具有過(guò)程和自動(dòng)化方面實(shí)際經(jīng)驗的供應廠(chǎng)商合作，讓他們了解您的目標――不僅僅是您的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )方面的目標，而且包括它所支持的操作――并提供合適的技術(shù)和服務(wù)。

您選擇的設備供應商必須致力于開(kāi)放式標準和產(chǎn)品的互用能力。 只有如此，您才可以保持信心，您的網(wǎng)絡(luò )部件即使在未來(lái)網(wǎng)絡(luò )要擴展或改變（甚或更換設備供應商）的情況下也可以繼續維持使用。
艾默生公司的優(yōu)勢

艾默生公司推出的智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案中的所有構成部件，都是針對實(shí)際的過(guò)程自動(dòng)化操作中所發(fā)生的問(wèn)題而進(jìn)行設計，并經(jīng)過(guò)實(shí)踐的有效證明。艾默生公司可以 提供全套的技術(shù)方案，供高度可靠的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )執行之用。 而且我們致力于開(kāi)放標準，隨著(zhù)您未來(lái)需求的變化，我們提供無(wú)縫整合和兼容性方面的保證。

下一節：總結

總結

在本課程中您學(xué)到…
 
無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的基本構成部件包括：無(wú)線(xiàn)設備，用來(lái)采集并發(fā)送數據； 網(wǎng)關(guān)，提供設備和主機系統之間的界面； 主機系統，允許用戶(hù)從這里訪(fǎng)問(wèn)并管理數據。
 
無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的重要能力包括： 低設計功率，支持自組織網(wǎng)絡(luò )功能和診斷功能。
 
網(wǎng)關(guān)應具有同大范圍內的主機系統兼容的能力，具有安全、可升級，和自組織網(wǎng)絡(luò )的能力。
 
潛在的主機系統包括從分配式控制系統到歷史數據記錄器和資產(chǎn)管理應用等等， 具有多種網(wǎng)絡(luò )連接和數據管理的方法。
 

下一節： 測驗
測驗

下列問(wèn)題可以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。 每回答正確一次，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
測驗――問(wèn)題1

下面哪個(gè)是無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的基本構成部件？

   設備、場(chǎng)地勘測，主機系統
  設備、主機系統、數據管理
  設備，網(wǎng)關(guān)、主機系統
  現場(chǎng)勘測、網(wǎng)關(guān)、數據管理
  設備、現場(chǎng)勘測、網(wǎng)關(guān)、主機系統

  在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“設備、網(wǎng)關(guān)、主機系統”
無(wú)線(xiàn)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )有三種基本構成部件。 現場(chǎng)勘測是點(diǎn)對點(diǎn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )要求完成的任務(wù)，而數據管理是主機系統的一種功能。
測驗――問(wèn)題2

大多數現代的無(wú)線(xiàn)設備都使用當地的、硬線(xiàn)連接的電源。

 正確
 錯誤
  在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“錯誤”。

為了獲得“真正無(wú)線(xiàn)”的優(yōu)勢，許多現代的無(wú)線(xiàn)設備都依賴(lài)于電池和能量收集技術(shù)以獲得電源。 這就是為什么低功率設計如此重要的原因。

測驗――問(wèn)題3
下列哪種方式可以用于將網(wǎng)關(guān)連接到主機系統？

   光纖
  無(wú)線(xiàn)以太網(wǎng)
 Modbus
 OPC
  以上全部
 None of the above 以上都不是
  在選擇答案之后，點(diǎn)擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“以上全部”。

取決于主機系統的類(lèi)型，上述連接方法均可用。

 測驗結果
問(wèn)題編號 得分
1 0
2 0
3 0
總計 0
 
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