工厂自动化和过程自动化中无线短程网和无线局域网的应用前景分析解析.ppt

工厂自动化和过程自动化中无线短程网和无线局域网的应用前景分析 上海工业自动化仪表研究所 彭瑜 Pengyu@ 2006年5月 内 容 提 要 为什么无线通信在工业环境中的应用特别受到重视？ ISA SP100—自动化和控制环境下实现无线系统的标准 无线通信网络的分类 ?无线局域网WLAN ?无线短程网WPAN 现场设备层无线通信已进入工控领域 ? ABB进行的现场设备层无线通信实验 ? BP进行的现场设备层无线通信实验 HART基金会正在积极开发无线HART协议 结 束 语 为 什 么 现 在 无 线 通 信在 工 业 环 境 中 的 应 用特 别 受 到 重 视？ 为什么无线通信在工业环境中的应用特别受到重视？ 工业发达国家和新兴崛起国家为提高其产品在全球市场的竞争力，都力求在提高生产率的同时，降低包括能源消耗、原材料消耗和劳务成本。对于发达国家来讲，其劳务成本远远高于新兴崛起国家，因此特别重视促进创新和技术进步，采用新的技术手段。在这场竞争日益激烈的比赛中，无线通信技术在工业中的推广应用受到了特殊的重视，显然是基于这样的大背景。 在工业环境下任何地点均能安装使用的智能无线传感器及其网络，具有足够的可靠性和自治处理能力，将为各种生产装置配备实时共享的数据采集能力，从而为提高生产率，改善产品质量，降低成本发挥重要作用。 Invensys的无线工业应用策略 欧洲无线工控应用项目RUNES的开发路线图 欧洲无线工控应用项目RUNES的开发路线图 在欧洲，从2004年10月至2005年4月，集中了25个组织（大小公司和研究所）制定了一个名为RUNES、在未来10年内无线技术在工业控制和自动化发展应用的路线图。 背景：及时而牢固地抓住无线网络为工业系统安装和运行的高度灵活性和成本优势创造的机会。 目标：到2008年将安装成本降低50%，运行成本降低30%；到2014年将安装成本降低80%，运行成本降低50%。 欧洲无线工控应用项目RUNES的开发路线图 发展无线应用必须考虑的原则： 在工业控制和自动化中尽可能利用无线通信是必然的选择 无线通信应与传统有线通信系统有互操作性 开发可重复配置（reconfigurable）的设备 尽可能地从环境中取得电源（如用太阳能电池） 尽可能采用开放的频段（如世界通用的ISM频段2.4GMHz） 工业环境下利用无线传输的优势 无线传输的优势表现在：极大降低安装成本、持续降低运行维护成本，更换方便，便于升级，减少接插件故障，移动自由且不受限制，投运快速，可以实际利用MEMS（微机电系统）技术。 美国能源部的研究估计，无线传感器网络会为工业现场节能10%和降低排放或泄漏15%提供良好手段。 应充分利用无线通信，开发适当无线产品和系统，为实现我国“十一五”规划的节能降耗目标建功立业。 无线通信网络的工业应用正在发展 无线的工业应用当前出现的新动态是使用高速、无须申请频率许可证、低价的技术。 无线通信距离与具体应用（工厂自动化、过程自动化和SCADA系统）强烈相关，一般大致在150毫米至80公里。 当 前 影 响 无 线 系 统广 泛 应 用 的 主 要 障 碍 当前影响无线系统广泛应用的主要障碍是：如何克服工业环境对无线传输的影响和无线技术目前发展的状态尚难以满足工业应用的要求。 工业环境对无线通信的挑战有： ?工作环境温度由-40?C—+70?C； ?高湿度（当温度为40?C湿度 95%时不结露）； ?本质安全防爆要求； ?固定设备和移动设备对无线传输路径的影响（衰变、中断和发生各种各样的缺陷，诸如频散、多径时延、干扰、与频率有关的衰减，节点休眠、节点隐蔽和与安全有关的问题）。 ISA SP100—自 动 化 和 控 制 环 境 下实 现 无 线 系 统 的 标 准 ISA SP100—自动化和控制环境下实现无线系统的标准 美国仪表系统和自动化学会的ISA SP100标准委员会正在加紧制定自动化和控制环境下实现无线系统的标准，推荐实践指南、技术报告和相关的信息。着重在三方面制定标准：?运用无线技术的环境， ?无线通信设备和系统技术的生命周期， ?无线技术的应用。主要面向现场仪表和设备。 在SP 100标委会下设五个主要的分标委会： ? 射频物理学基础 ? 可互操作性 ? 用户要求 ? 用户指南 ? 集成 制定SP100的标准化方法论 SP 100在制定标准前提出标准化方法论： ? 环境评估—射频、光照影响 ? 应用评估—传输时间、传输容量 ? 可选项评估—技术、产品、标准 ? 无线网络节点部署的评估—初始稳定性、部 署方便 ?