无线应用:捕捉大(无线电)波

大概是20世纪头十年的某个时候。从概念上和完全推测的角度来说，在某个工厂的某个地方，第一个无线装置是由一个对这种全新技术——无线电的狂热者制造出来的。一个位于生产偏远地区的操作员，用一台冰箱大小的发射机和一个莫尔斯电码键向一个在工厂经理办公室收听接收器的操作员发送信号。

一个世纪后，一切(除了电磁波的调制)都改变了。收音机现在只能装进一包口香糖里。天线的长度不超过半手展，而不是两层楼高。数据速率是每毫秒字节数，而不是每字20秒。

虽然似乎没有记录，但在现代内存中，无线技术曾被用于传感器的点(或更准确地说，点对点)解决方案。不久，点对点无线电覆盖了简单的传感器(1/0，开/关)和更复杂的传感器和仪器，后者传输范围或多个数据层。

今天，无线安装的方法有多种多样。无线电正迅速成为取代有线装置的首选媒介，特别是在偏远、设备移动或机动性——或运行有线的经济性——使无线电成为很好的解决方案的地方。

在这个连续体的一端，有一个10分钟的安装简单传感器，它通过自己的无线电波段以自己的方式广播它的数据。另一方面，是一个由传感器和仪器组成的庞大网络，与一个经过数周精心设计的复杂网络紧密相连。

鉴于这种广泛的连续，没有一种正确的方法可以从传感器或仪器传输的无线电波中建立和收集有用的数据。就像所有制造业一样，这一切都要视情况而定。本文探讨了在连续体的三个点上的一些依赖性:(1)简单的单无线电、单传感器安装;(2)分布式控制场景中的中层设置;(3)以企业规划和企业信息技术(IT)为背景的复杂环境。

表一列出了我们连续统一体上这三个位置的每个位置的一些关键参数。

在简单的设置中，传感器通过无线电发射器连接到控制器或可编程逻辑控制器(PLC)，而不是物理布线。电线本来可以做的事情现在都由无线电来处理了。

稍微复杂一点的是包含多个无线/传感器的网状网络的设置，但这也可以快速设置。在这里，每个无线电都能自动传送信号。因为网状网络专门用于将消息传递到端点，所以它可以处理中断，但仍然传递传感器读数。它是自愈的，因为它可以将信号绕过故障节点或沿网络向下传输。

“人们对无线技术有太多的担忧，”总部位于圣地亚哥的仪器制造商IOSelect公司的首席技术官菲尔·怀特说。“你可以尝试一些简单、快速、相对便宜的东西。(在某种程度上)，你可以将一种无线形式与另一种无线形式相邻使用，它们都可以愉快地工作数年。如果它们不起作用，你不需要觉得被锁在里面。你总是可以改变事情的。”

就像他的公司提供的产品一样，怀特的方法是兼收并蓄的。在众多网络和连接设备中，IOSelect销售的设备旨在通过以太网无线电将信号从远程网状网络传输回中央控制区，怀特解释说:“有时距离可达10到20英里。”“数字、模拟、串行，都在我们的工作范围内，”他说，该设备被设计成直接与广泛的计算机、plc和分布式控制系统(DCS)连接。“我们的客户中很少有人安装完整的基础设施。他们试图收集几英里外的数据，或者他们试图把几台收音机放在一个装满许多机械设备的大金属房间里。”

在这个相对简单的无线传感器领域，问题和解决方案也相对清晰明了。怀特说:“在许多情况下，你可以用便携式无线电设备进行快速、特别的现场调查。”“如果事情变得更复杂，找一个有经验和设备的人进行更彻底的调查。”

位于密尔沃基的自动化供应商罗克韦尔自动化公司的业务发展经理、网络组合经理保罗·布鲁克斯指出了一个基本的考虑。“无论你的系统是简单还是复杂，设备的决定取决于数据速率，”Brooks说。“光电池是一种简单的传感器，但如果它监测机场行李处理系统，它的单位数传输可能以毫秒的速度连续。另一方面，如果它告诉你材料存储的水平，一个小时一次可能还可以。适合发射井的无线电不太可能适合行李系统——例如，电池驱动装置的电池在毫秒速率下最多只能使用几个小时，但如果每小时发送一次，则可使用5年或10年。机场的技术可能必须可靠地通过墙壁传输，而发射井单元可能是一个更简单的视线解决方案。”

关于无线仪器的具体应用，请查看《自动化世界》对去年9月在艾默生过程管理新闻发布会上展示的6名WirelessHart设备用户的报道www.myenum.com/news - 4686．

“一旦你不再使用几台收音机，”怀特警告说，“简单和直接可能就不是一个选择了。如果你有一台需要无线传感器的机器，因为它需要移动太多的电线，或者是远程的，或者需要昂贵的混凝土切割，你可以在几分钟内将它无线连接到PLC上。但如果你有一个拥有数百个传感器的更大的系统，或者站点在数英里之外，情况就大不一样了。对于这些，你需要更多的思考和计划。”

加州Moffett Field无线系统制造商Apprion Inc.的联合创始人兼营销和客户服务副总裁Stephen Lambright对此表示赞同。他说:“单点解决方案很简单，但如果第四、第五、第六组传感器采用不同的技术，那么在未来的某个时候，管理所有传感器将是一场大事故。”

中型无线应用程序需要考虑的第一个领域是无线电技术本身。应用程序的大小决定了对标准方法的需求。“标准”在本文中定义为要么符合已发布的或新兴的标准，如wirelesart，电气和电子工程师协会的IEEE 802.15和IEEE 802.11x(无线以太网)，要么标准化，即所有设备都足够开放，可以很容易地与系统中的所有其他设备连接。

Apprion的Lambright说:“开放的基础设施是绝对需要的。”“你想要的是能够轻松集成、一次性部署并不断更新的东西。你不需要研究一个给定的无线电频谱。你想要的即插即用”。

未来技术变革的便捷性也很重要。无线供应商Elpro Technologies的总裁兼首席执行官弗兰克·威廉姆斯(Frank Williams)说:“没有客户愿意部署无线设备，结果发现，如果扩大规模，他们就不得不失去最初的投资。”Elpro Technologies总部位于澳大利亚昆士兰州的斯塔福德，北美总部设在圣地亚哥。

为了防止或减少由于技术进步造成的损失，无线电设计级别的无线日益模块化和可升级。威廉姆斯指出:“当技术发生变化时，你不会想落后于人，而技术总会发生变化的。”“你可以指定可以跨网络升级的设备，不需要改变安全性和配置，但需要采用新的标准或新的功能集。”

中层应用程序还有一个潜在的附加方面——增加系统的广度和深度。通过多传感器系统可以实现额外的功能层，额外的功能为部署提供了超越点监控需求的新潜力，为质量、操作等提供支持。

Lambright解释道:“一个无线传感器或仪器向一个PLC广播就是为了数据连接。“但是，5个、12个、100个甚至更多的机器人不仅可以轻松地成为数据的载体，还可以成为广泛的安全、安全和人类通信信息的载体。”控制这一范围需要一个团队的方法，不仅包括制造工程，还包括利用关键警报的安全，获取指标的质量，以及监控整个工厂程序的制造管理。

有关无线监测如何帮助道达尔石化测量锅炉壁厚的独家网页，请参见www.myenum.com/webonly - 5013．

Lambright补充道:“你的公司可以利用无线解决方案这一事实，而不是你作为自动化专家所考虑的。正确的规划将把其他部门的人聚集在一起，打破孤立的思维，制定共同的目标。”

所有接受采访的人都认为，无线电技术和传感器/仪器仪表的功能正在变得越来越丰富。威廉姆斯说:“你不必看得太遥远。“这就像现场总线流行起来后分布式控制能力的蓬勃发展一样——我们看到越来越多的智能被驱动到分布式无线系统的远端。当仪器进行数据记录、执行if/then决策或以其他方式利用智能传感器的能力不断增长时，为什么设备要返回每个数据点呢?在这种情况下，传感器加无线电与其说是信号调节器，不如说是智能设备。”

“信息越多，对网络用户的潜在价值就越大，”布鲁克斯说。“当你在I/O(输入/输出)模块本身有一个传感器输入聚合时，你可以移动足够的信息(以满足各种功能需求)。部门参与的范围越广，无线业务的前景就越好。”当然，从越来越智能的传感器和仪器中提取的功能越多，就越接近高端无线应用程序。

在应用程序范围的远端，透视图不再严格地以自动化为中心。视野扩展到包括企业范围的视野。在这个世界里，每一个传感器或仪器都将与高级的、网络化的系统架构相衔接。

这是一种受到大型生产商青睐的方法，他们能够欣赏到总体上高度集成控制策略的好处:全面监测设备效率，密切跟踪过程，从上到下管理生产资源。这是一个万物与万物对话的世界，人们偏爱易于安装、快速互联的设备。

大型系统有许多组件，大量分布式组件的管理得益于从首选供应商以一致的方式一致地部署首选设备。如果设备符合开放标准就会有帮助。

与此同时，开放标准本身也在不断变化，观察者们耐心地(或不耐烦地)关注着正在开发中的ISA100，它包含了包括以太网和无线shart在内的标准的集合，而其他许多人则选择了不那么雄心勃勃但已发布的标准。后者包括WirelessHart, IEEE 802.11x WiFi, ZigBee，少数其他无线电标准，甚至一系列手机技术。

Jeff Becker是位于凤凰城的自动化供应商霍尼韦尔过程解决方案公司的全球无线主管，他描述了其中的一些标准:“以太网正在加工和制造领域获得主导地位，因此可以预期无线以太网也会紧随其后。过程仪表更青睐WirelessHart和ISA100。对于全球业务，你会发现卫星和WiMax以及其他利用互联网协议的公司。如果您将统一通信作为所有这些的中心，您将获得许多好处，从对机器停机的快速响应，到严格的库存管理，到响应性的供应线和分销管理。”

Becker是被提议的IEEE 802.11n无线网络标准的拥护者，该标准将数据速率提高了一个量级——从今天的WiFi的每秒54兆提高到802.11n的每秒600兆。标准草案中还包括辅助技术，包括多输入多输出(MIMO)传输技术，使用多天线来解析比单天线更高的数据速率，以及高度专业化的多路复用——多个数据链的同时传输。

除了技术之外，在规划集成系统时，贝克说:“首先，你要考虑的不仅仅是眼前的应用。关注那些可以使用无线技术的地方，关注那些可能使用无线技术的地方。这可以让你在考虑增长的情况下评估选择。你越是追求灵活性和可升级性，两年后你就会越快乐。”

安全性和可靠性也是关键。Rockwell的布鲁克斯表示:“对安全问题的讨论是不可能充分的。“你可以锁上开关或控制柜。你还需要能够锁定无线电传输，这不仅是针对外部的坏人，也包括内部善意的人员。”

最后，不断评估你的资源，无论是内部的、顾问的还是供应商的。一个共同的主题是经验。贝克:“现在无线技术很流行，所有人都在加入进来。确保你的供应商有经验。”Elpro的Williams表达了同样的观点:“无线技术正在上升，水涨船高。确保你知道你正在与谁连接，并确保他们有无线部署经验。”

人是最后的考虑因素——无论应用程序是一个无线电对一个传感器，还是一个综合的、可互操作的网络中的数千个无线设备，这一点都适用。正如保罗·布鲁克斯所说:“我们花了很多时间讨论无线技术，但归根结底，它必须由人来安装和维护。现实情况是，工厂里的人想成为生产专家，而不是无线网络专家。在人员层面上集成系统越容易，效果就越好。”