距离马可尼、特斯拉等人开创无线通信技术已经有100多年了。RFID(射频识别)技术的商业应用始于20世纪70年代早期。而wi - fi——基于电气和电子工程师协会(IEEE) 802.11标准的无线局域网产品——自20世纪90年代以来已广泛应用于商业应用。无论是Wi-Fi(工业无线领域的主力)，还是Zigbee和WirelessHART等无线现场设备标准，无线技术已经侵入了工业领域，从奇怪迅速发展为有用的技术。它实现了有线通信所不能实现的应用程序(或不能廉价实现的应用程序)。这也很复杂。电磁辐射、天线放置和其他无线电信号干扰源——更不用说复杂和不断变化的安全问题了——可能导致信号中断和神秘的中断。这些网络设计技巧和专业知识的来源可以帮助你使它全部工作。
长期以来，主动维护一直是制造专业人员的目标，无线技术使合格的专业人员能够在工厂的任何地方，甚至在工厂之外，通过手机或平板电脑接入无线传感器网络，监控组件的健康状况，并在潜在问题变成真正的问题之前采取纠正措施。当然，有人“侵入”这个系统的想法仍然让很多人担心。它不需要。
Mark Lochhaas，自动化供应商的产品经理Advantech他指出，“虽然个人无线网络通常仍然不安全，但商业、工业和政府使用的安全标准已经在过去几年里制定出来，并被大多数组织采用。”
Lochhaas解释说，早期的WEP(有线等效隐私)安全算法被发现存在严重缺陷，现在已经被更强大、更安全的传输算法所取代。Wi-Fi保护访问(WPA)，包括临时密钥完整性协议(TKIP)，在2003年取代了旧的WEP算法。最近的WPA2于2004年推出，它使用了更加安全的高级加密标准(AES) 802.11i算法。
WPA2的AES算法符合美国国家标准与技术研究院(NIST) FIPS 140-2，这是一些政府机构和公司所要求的。“这些标准，”洛哈斯指出，“可以保护一个健壮的通信系统。对于安全通信，符合wpa2标准的产品应该用于今天的工业无线实现。”这些应该与良好的安全实践相结合，包括使用dmz和防火墙，就像它们在企业办公环境中所做的那样。
Lochhaas说，基于802.1x标准的基于端口的认证，以及在WPA2加密之上使用RADIUS认证服务器，使得穿透工业无线网络变得极其困难。但是，当涉及到无线通信时，安全性不再是一个问题，电磁辐射和其他无线电信号干扰源往往是一个问题。
干扰
“非工业环境往往缺乏不同的射频干扰源，工业环境有，”蒂姆Pitterling说，产品经理，工业以太网基础设施，为西门子工业．“可以反射射频波的大型金属机械、墙壁和区域;厚厚的混凝土墙可以阻挡它们;以及一系列其他无线信号来源——rfid、邻近的工业wlan和办公室wlan，等等。”
其他的干扰来源包括休息室里的微波炉和无处不在的手机。Pitterling说，所有这些干扰源都必须在系统设计和实施之前的现场调查中确定。
自动化供应商的产品管理总监Mike Fahrion说B&B电子他警告说，在最初的设计阶段，用户需要量化其设施的“噪声底限”。这是高频数字产品或与之竞争的无线电通信形式发出的背景噪声。背景噪声确定了一个噪声下限，在这个下限下，所需的信号会消失在背景喧嚣中，”他说。
噪声底将随频率而变化。它还会“经常低于收音机的接收灵敏度，在这种情况下，它不会成为系统设计的一个因素。但如果您所处的环境中，您的频段存在高度的射频噪声，则使用噪声下限数字，而不是无线电接收灵敏度来进行计算。做一个简单的现场调查，以确定噪音下限值，可以在未来的道路上得到回报，”法里恩补充道。
farrion关于现场调查阶段的另一个建议是:“有些障碍是移动的。已经有不止一个无线应用受到临时障碍的阻碍，比如一堆集装箱、一辆停放的卡车或材料搬运设备。为此做好计划。”
但大型机械、金属结构、坦克之类的东西是很难传播无线电波的，这是肯定的。无线电信号在这些结构上的散射和反弹导致了一种称为“多径”的干扰。研华科技的Lochhaas解释说，这就是调频广播有时听起来模糊或有掉音的原因。“这被称为尖桩围栏信号，因为信号的来去具有尖桩围栏的规律性。当信号经过两条或多条路径到达接收机时，就会产生多路径，根据路径的长度，产生相位抵消，信号趋于零。
“选择无线设备的一个考虑因素是输出功率。更强大的力量有两个作用。首先，很明显，它让信号传播得更远。但更高的功率也允许信号穿过更多的噪声，在有无数RF和电气噪音源的工业环境中，这是一个关键特征。”他指出，在工业环境中，使用基于802.11n的高信号强度设备和在5 GHz频段上使用802.11a将大大减少干扰。
Lochhaas指出，解决干扰问题最有效和最简单的方法是停止干扰源，或者将收音机移到干扰不会淹没或破坏信号的地方。“桥接”的可用性可以用来放置一个额外的路由器，它可以在第一个路由器到下一个路由器的视线范围内，从而消除干扰。
天线
天线是射频性能的关键因素，Ira Sharp是负责网络和I/O的产品营销经理菲尼克斯他说，用户必须确保为自己的应用选择合适的天线。他说:“要决定使用哪种天线，必须考虑几件事:信号到达目的地所需的距离、周围无线电的数量以及它们与目的地的距离都是至关重要的。”
如果信号必须传播更远的距离，“定向天线将提供更好的结果，但瞄准将更加困难，因为辐射角度将会很窄。如果该区域有其他无线电，全向天线会对周围的无线电造成干扰，从而造成一个整体薄弱的通信系统，”夏普说。
夏普说，选择天线类型后，下一步是定义天线必须具有的增益。增益以分贝-各向同性(dBi)单位测量，描述了天线发射和接收无线电波的强度。幸运的是，在这方面有帮助，因为传播研究软件可以用作选择所需天线增益的指导方针。然而，这并不能成为用户不做功课的借口。夏普强调说:“了解增益如何影响天线的辐射特性，可以更容易地做出正确的选择。”
夏普补充说:“天线的选择、对准和放置可能非常令人困惑，因为必须考虑到过程的许多不同方面。这个过程绝对是射频通信系统中最关键的部分，因为如果这些元素中的任何一个不正确，无线电系统就不会进行通信。”
延迟
无线系统总是面临数据传输延迟或延迟的问题。数据传输延迟(主要来自WLAN共享介质中的数据冲突，需要重新发送数据)可能会导致控制问题，因为传感器参数为PLC响应发送触发信号和PLC接收该信号之间存在延迟。就响应时间而言，这可能会损害工业控制的有效性，”皮特林指出。
没有办法消除延迟，但选择适合应用程序的媒体访问方法可以帮助缓解延迟。“IEEE 802.11标准的两种媒体访问方法是分布式协调函数(DCF)和点协调函数(PCF)，”Pitterling说。它们都定义了一种不同的方法来协调共享WLAN介质中的数据通信。在DCF中，所有设备都必须请求通话权，而PCF提供了一种选项，让AP通过分配本质上的‘通话权’来管理节点。”
Pitterling说，后者更适合于需要连续数据流的应用程序，因为它可以确保每个人都能交谈，但漫游情况下的转换时间没有优化，因此仍然在几百毫秒的范围内——这对于工业控制来说是不可接受的。
B&B Electronics的Fahrion指出:“无线通信的误码率比有线通信高几个数量级。大多数无线电会悄悄地为你处理错误检测和重试，但代价是软件和可变延迟。”
他补充说，对字节间延迟敏感的协议可能需要无线电的特别注意或特定协议支持。“事先做好功课。确认你的软件不会卡住，预期的无线电可以与你的协议保持一致，你的应用软件也可以处理它，”Fahrion补充道。
有益的网格
促进无线网络可靠性的另一个因素是网状技术，无线技术的所有用户和潜在用户都应该意识到这一创新。自动化供应商Soroush Amidi指出:“工业无线产品已经在工厂设施中使用了几十年。霍尼韦尔过程解决方案．“那么，是什么技术进化引发了流程工业中更广泛地采用和使用无线?简单的答案是无线网格。无线网格允许使用相同协议通信的相邻设备相互连接，并在它们之间交换数据，因此极大地提高了在不确定介质上通信的数据的可用性和可靠性。”
Pitterling建议说:“可以使用路由技术设计一个网状网络。路由通过从一个节点跳到另一个节点，直到到达目的地，沿着一条路径传播消息。”为了确保路径的可用性，路由网络允许在损坏或阻塞的路径周围进行连续连接和重新配置，采用自修复算法。
“自修复功能使基于路由的网络在一个节点崩溃或连接变坏时能够正常运行。因此，该网络被认为是非常可靠的，因为在网络中的源和目的地之间通常有不止一条路径，”Pitterling说。
当心婴儿床
仅仅因为802.11是一个商用现货(COTS)标准，并不意味着COTS产品可以在工业环境中使用，研华的Lochhaas警告说。他说，工业硬化接入点“在暴露于极端温度、灰尘、湿度、危险蒸汽和其他常见情况下，可以在工业环境中生存。”“所以在选择你的工业无线产品时，一定要确定它们是否适合你希望使用的服务。”
法里恩指出，“工业环境对无线的要求比任何办公室都要高，”这可能会大大缩短无线设备的使用寿命。在这个世界上，一分钱一分货，使用办公室级的网络设备来节省少量的前期费用，当你不得不为以后的停机和维修支付费用时，这将是一个巨大的错误。”
Fahrion的评论可以作为一个方便的格言来指导您的方法，不仅是COTS组件，而且是一般的无线实现。
有关更多指导，请阅读侧栏。有用的工具”。
