“無線網絡是許多過程工廠的重要組成部分，它具有諸多優勢。制造業對無線網絡的接受程度正在持續增加，在越來越多的工程中獲得應用。

”在10多年前，無線網絡就已經成為過程工業的一部分。工廠設施采用無線網絡的原因有很多，但通常可以歸結為以下兩類。

第一類是被動的：主要用于已經飽和、無法繼續增加線纜的有線基礎設施，或電纜難以到達的區域。

第二類是主動的：無線網絡是快速擴展儀表和通信功能區域的關鍵手段，無需較高的成本、較長的安裝時間，也并不需要有線儀器所需的停機時間。

無論是出于哪種原因，最終目標都是提高設施的生產率和員工效率。傳統制造企業面臨著具有豐富經驗的技術人員減少且工人總數減少的趨勢，急需提高效率以確保其在行業內的競爭力和持續的盈利能力。

當今的無線網絡協議，已經可以滿足制造業對工業通訊提出的苛刻要求：

?可靠的通訊；

?安全的數據傳輸；

?確定性通訊；

?受控的功耗。

>>>Wi-Fi和其它現場網絡<<<

大多數人在談到無線網絡時，他們首先想到的是將計算機、電話、平板電腦和其它設備連接到辦公室、家庭甚至工業網絡的無線以太網絡（Wi-Fi）。雖然Wi-Fi應用非常廣泛，并且適用于各種各樣的應用，但其高功率要求和高耗電特性，對于電池需要使用數年的測量設備來說是不切實際的。盡管如此，無處不在的Wi-Fi設備及其提供的高帶寬，使其適用于其它用途的無線工廠網絡（WPN）（圖1）。

圖1：無線工廠網絡通常包括由無線以太網支持和協調的多種類型的網絡。本文圖片來源：艾默生

Wi-Fi最常見的用途包括移動工作者應用程序，用于安全和安保的遠程視頻監控系統以及類似的應用程序。在考慮無線工廠網絡時，有一點需要注意：典型的過程工廠環境，不如家庭或辦公室那樣有利于通訊。較高的金屬密度、多種電磁噪聲源以及工業環境中各種惡劣的條件，通常要求設施或工廠中的接入點密度更高，特別是在噪聲源的周圍。

大多數情況下，部署無線工廠網絡，不僅僅是信息技術（IT）團隊的責任。習慣于在辦公室環境中工作的安裝人員，對過程工廠中可能出現的問題并不是十分的了解。網絡運行可能不一致，導致用戶喪失對無線工廠網絡的信任。在設計無線工廠網絡時，最好聘請具有工業自動化經驗，并對在工廠設施中安裝Wi-Fi的設計要求有透徹了解的供應商。

用于無線工廠網絡或在地理上分布更廣泛的網絡（例如市政水或電力系統）的Wi-Fi替代方案，包括長期演進（LTE）和無線互操作微波接入（WiMax）。這些網絡標準可提供應對覆蓋距離、帶寬、移動性和網絡支持的不同方法。在某些情況下，部署可能需要商業網絡提供商的參與，也可以能自行安裝和維護。不過需要注意的是，雖然LTE和WiMax適用于很多應用場景，但并不適用于過程儀表網絡。

可以在工業環境中應用的另一種商業協議是藍牙（Bluetooth），以及后來的低功耗藍牙（BLE）。藍牙的最初設計，旨在替代短距離、點對點電纜連接。在工業中的應用，包括將筆記本電腦連接到可編程邏輯控制器，以便在沒有物理電纜的情況下進行配置和維護，以及其它類似的短距離應用。

>>>主要的無線網絡標準<<

支持用戶接受無線的一個積極因素，是無線現場儀表網絡標準協議的制定。與無線過程儀表相關的兩個主要標準是：ISA100.11a-用于工業自動化的無線系統：過程控制和相關應用，以及WirelessHART。雖然這些標準的內容大部分相同，但它們的方法存在明顯的差異。兩者都在供應商和用戶中建立了良好的聲譽。

首先進入市場的是WirelessHART，作為一個開放式的可互操作無線通信標準，用于滿足流程工業對于實時工廠應用中可靠、穩定和安全的無線通信的關鍵需求。第一批WirelessHART現場設備于2007年發布。為了克服工業應用中固有的干擾問題，WirelessHART使用網狀網絡（圖2），其中每個設備充當網絡的中繼器，為信號提供多條路徑來接入網絡或網關。

圖2：使用WirelessHART，網絡上的每個設備都可以用作儀表和轉發器。

由于它是由FieldComm集團專門為工業應用而設計的，因此任何制造商生產的經認證的設備都可以相互交互。此外，針對測量和控制應用，對帶寬利用和安全因素也進行了優化。由于無線儀器通常由電池供電，因此該協議旨在最大限度地降低功耗。根據給定設備向主機提供測量更新頻率的不同，電池的使用壽命可長達10年。

ISA100.11a標準的制定是一個長期項目，直到2009年才完成。其由國際自動化學會(ISA)下屬的ISA100工業無線委員會制定，于2014年09月獲得了國際電工委員會（IEC）的批準，成為正式國際標準IEC62734。ISA100系列標準涵蓋了更廣泛的無線應用，ISA100.11a標準是其中的一部分。ISA100.11a專門用于無線儀表。設備采用不同的方法來實現網格化，用戶需要確定它們之間的交互方式。這需要比WirelessHART所需的自組織型網絡更多的網絡管理。

ISA100.11a設備廣泛安裝，以便現場設備直接與一個或多個接入點通信，然后接入點與無線網關設備通信，該無線網關設備調度通信并將數據轉發到主機系統。當需要提高信號可靠性時，ISA100.11a設備也可以按照在網狀網絡中運行進行配置，但這會縮短電池壽命。

在某些應用中，一些低功率廣域網已經獲得應用，并獲得不同程度的成功。這些協議最初應用于超大區域內超低帶寬的通信，例如用于供電和供氣公司的智能功率表，這些儀表通常每天只需要發送一次更新數據。盡管它們傳輸范圍極廣，但由于只需要這些協議具有極低的帶寬和以及較慢的更新時間，因此它們并不適合大多數工業監控應用。

>>>無線工廠網絡<<<

在無線工廠網絡與無線儀表網絡協同運行的情況下，工廠人員很快就意識到它們的諸多優勢（圖3）。例如，利用現場移動工作人員的應用程序，工廠人員可以訪問控制系統數據，通過提高運行人員和工程工作流程的效率，回路調試時間最多可以縮短50％。諸如位置監控之類的其它應用，可以顯著改善事故期間的整合，而且無線攝像機可以提供顯著的安全性和運行收益。

圖3：從工廠的任何地方訪問無線網絡的能力提供了無數的優勢。

從無線儀表市場的現狀來看，WirelessHART正逐步進入主導階段。石油和天然氣、石化、電力和其它過程工業市場中的大多數大型工業用戶，已經安裝了WirelessHART網絡。

>>>擴展無線儀表的應用<<<

第一代無線儀表全部都與過程變量有關，但用戶很快意識到所提供的附加數據可以實現資產狀態監測和其它應用。雖然節省布線成本仍然是一個主要優勢，但無線儀表和網絡的最大價值在于能夠促進普及傳感系統。

隨著終端設備和網絡成本的下降，在很多應用中，工廠運營商收集數據和支持決策的能力將逐步增強。

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