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無線系統(tǒng)構(gòu)成 |
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對任何通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來說，不管是無線還是有線，都包含三個基本的組成部分。
例如，在傳統(tǒng)的“有線”過程控制自動化中， 測量變送器（信號來源）通過雙絞線（媒介）將數(shù)據(jù)發(fā)送給分布式控制系統(tǒng)或者其他的主機(jī)（接收器）。 傳統(tǒng)的過程自動化系統(tǒng)通信使用電線來連接信號源和接收器。 在無線技術(shù)方案中，無線電波取代電線成為了通信媒介。通過無線裝置和天線，來自于測量變送器的電子信號被轉(zhuǎn)變成無線電波，而相應(yīng)在主機(jī)方面也有另外一個接收天線和無線裝置再將電波轉(zhuǎn)變回去，重新成為可用的信息。
無線連接利用無線電波作為通信媒介。
雖然無線網(wǎng)絡(luò)中的變送器和其他部件可以使用硬線連接來為他們的電子部件和無線裝置提供電源，然而一個“真正無線”的裝置，是不會利用電線來進(jìn)行通信和供電的。 在這些“真正無線”的裝置中，通常是使用電池或者通過能量搜集技術(shù)利用可用的太陽能、熱能或振動能等進(jìn)行供電，或者使用兩者同時供電。 所有無線應(yīng)用均遵循這一基本的系統(tǒng)模型。但是不同的工業(yè)或應(yīng)用會選用不同的無線技術(shù)，以便滿足其特定的要求。 例如，在一個工廠內(nèi)，您可能會采用無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)在傳感器和其他現(xiàn)場部件之間進(jìn)行傳送，也可能采用無線過程控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用它處于機(jī)動工作狀態(tài)的工作人員可以很容易地對信息系統(tǒng)進(jìn)行控制和維護(hù)； 以及其他技術(shù)，以通過無線方法進(jìn)入工廠局域網(wǎng)，進(jìn)行資產(chǎn)跟蹤和安全方面的應(yīng)用。
下一節(jié)：頻率 |
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頻率 |
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無線通信中應(yīng)用的無線電波作為電磁頻譜上的一部分。 絕大多數(shù)的無線頻率都在加以分配之后進(jìn)行應(yīng)用。 有許多頻率處于特別許可的頻段，這些頻段專門預(yù)留出來作為軍事、警察或者其他專門的用途。 某些行業(yè)內(nèi)的公司，例如手機(jī)和衛(wèi)星電視也需要繳付可觀的費用來獲取使用某些頻率的許可。對于一個特定的國家或地區(qū)，這些許可常常也是特定的。 然而有一些頻段是可以不經(jīng)許可，自由使用的，包括工業(yè)、科學(xué)或醫(yī)療（ISM）頻段。對使用者的要求是，他們需要遵守某些管制的規(guī)定，例如限制發(fā)送功率等等。 通常使用的與過程工業(yè)相關(guān)的ISM 頻段有三個 ：900MHz, 868MHz, 以及2.4GHz.
下一節(jié)：干擾處理 |
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干擾處理 |
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有電波傳播的擁擠環(huán)境會對無線信號產(chǎn)生干擾。其他的無線頻率“噪音”源，例如電氣電子設(shè)備，也會產(chǎn)生同樣的干擾。
克服干擾的方法之一，是通過增加傳輸功率來增加信號強(qiáng)度。 但是信號增強(qiáng)之后可能會對區(qū)域內(nèi)其他正常的信號傳輸造成干擾。對于利用電池供電的設(shè)備，增強(qiáng)傳輸?shù)男盘栠€會在相當(dāng)程度上降低電池的預(yù)期壽命。
信號傳輸?shù)奈锢碚系K也會吸收射頻能量，從而對無線信號產(chǎn)生干擾，這會導(dǎo)致信號有效強(qiáng)度的降低。 某些材料會反射射頻信號。 雖然這種反射實際上可以幫助信號“繞過”一些障礙，它也會導(dǎo)致信號強(qiáng)度的損失，并導(dǎo)致時間延遲，帶來“回波”效應(yīng)。
大多數(shù)接收器的設(shè)計方式，都是鎖定最強(qiáng)信號，忽略回波。但是即使最強(qiáng)的信號也只是信號源最初發(fā)射的信號的一部分，它也可能在傳輸過程中大大地減弱。 因此無線信號必須克服的障礙越多，信號也就越弱，無線通信的有效范圍也就越窄。 幸運的是，隨著無線技術(shù)的進(jìn)步，在與過程相關(guān)的應(yīng)用中克服多種干擾也就成為可能。 例如，應(yīng)用跳頻技術(shù)，信號可以在分配的頻段中通過替代頻率進(jìn)行傳輸。 如果干擾在其中一個頻率上導(dǎo)致問題，信號可以跳到另外一個頻率進(jìn)行傳輸。 應(yīng)用自組網(wǎng)絡(luò)也可以提供抗干擾的途徑。 如果在自組織網(wǎng)絡(luò)中兩個設(shè)備之間的通信被干擾中斷， 網(wǎng)絡(luò)會自動利用其中的其它設(shè)備來提供替代途徑，將信號傳輸?shù)街付ǖ攸c。 某些無線技術(shù)方案會同時應(yīng)用這兩種技術(shù)，或者其他技術(shù)來確保通信的可靠性。 下一節(jié)：無線技術(shù) |
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無線技術(shù) |
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無線通信技術(shù)種類繁多：藍(lán)牙、CDMA、GSM/GPRS、900MHz Zigbee、Wi-Fi、Wi-Max、衛(wèi)星通信等等，這還僅僅是其中您可能會聽說過的一部分。
為什么有這么多的無線技術(shù)呢？ 理由很簡單，沒有一種技術(shù)可以很理想地適用于任何行業(yè)的任何用途。 例如，不同的技術(shù)會更加適合在不同距離上進(jìn)行傳輸。
雖然沒有一種單一的無線方案適用于所有的過程工業(yè)要求，還是有某些技術(shù)可以很好地應(yīng)用于一些共同的用途。
在隨后的課程中，您將學(xué)到更多關(guān)于這些技術(shù)――以及其他技術(shù)――的知識。 下一節(jié)：工業(yè)應(yīng)用 |
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工業(yè)應(yīng)用 |
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無論一項技術(shù)如何令人興奮，您都不可能對它進(jìn)行投資――除非它對您的業(yè)務(wù)具有實際用途――可以解決您的問題或者帶來新的收益。
但是無線技術(shù)及其成熟的方案在今天已經(jīng)具有了廣闊的應(yīng)用范圍。 大多數(shù)過程工業(yè)的操作都很容易找到可以應(yīng)用無線技術(shù)的地方，而且回報豐厚。
遠(yuǎn)程應(yīng)用。假如您需要獲取數(shù)據(jù)的地方跟您使用他們的地方有數(shù)公里之遙， 硬線連接顯然不太現(xiàn)實。這樣的例子包括如遠(yuǎn)程監(jiān)控儲存罐庫存，從遠(yuǎn)程記錄儀收集數(shù)據(jù)，以及獲取來自于遠(yuǎn)處的油氣田設(shè)備的診斷信息等等。 無線技術(shù)可以提供實際可行的操作方案。例如，由于蜂窩技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)可以從相當(dāng)遙遠(yuǎn)的地方通過已有的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送而價格低廉。 而您再也不需要等到下一次有人要訪問一個位于遠(yuǎn)處的操作設(shè)施的時候才得知那里到底在發(fā)生著什么。 工廠近距離應(yīng)用。 即使您需要的信息就在不遠(yuǎn)之處，有許多障礙，公路、鐵道或者河流都仍然會使得硬線連接很難變成現(xiàn)實。 像無人管理或者難以抵達(dá)的工廠周邊區(qū)域，例如罐區(qū)或者水處理設(shè)施等等均屬于這種情況。
然而應(yīng)用無線技術(shù)，例如Wi-Fi，卻可以輕易的將那些地方連接到您的控制室或者工廠內(nèi)的其他某個地點――有了這種連接您就可以及時知道那兒的工作狀況以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?/FONT> 工廠內(nèi)應(yīng)用。 雖然工廠內(nèi)部的通信距離較短，但是傳統(tǒng)的硬線連接有時候成本之高甚至?xí)^由所獲取的附加信息帶來的利潤。
無線技術(shù)譬如自組織網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)成于您有利的平衡。 這些易于安裝的，方便擴(kuò)展的無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)以一種令人矚目的方式降低成本，添加新的測量點，或者訪問有關(guān)的診斷數(shù)據(jù)均變得簡單易行，而這些通過傳統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)都是難以實施的。 無線技術(shù)還可以提高操作人員和維護(hù)人員的生產(chǎn)效率。 在大多數(shù)生產(chǎn)加工應(yīng)用中，處于移動狀態(tài)的工作人員都可以訪問控制以及維護(hù)的數(shù)據(jù)――無論他們身在何處。 下一節(jié)： 現(xiàn)場總線、HART， 還是無線技術(shù)？ |
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現(xiàn)場總線、HART， 還是無線技術(shù)？ |
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無線技術(shù)如何適合其他的通信技術(shù)，以便為過程自動化，例如HART和基金會現(xiàn)場總線提供服務(wù)？他們可以共存嗎? 還是其中一個優(yōu)于另外一個？
答案是：各有優(yōu)勢。為某項操作尋求最大生產(chǎn)力和最大的收益率，需要這些技術(shù)相互之間的配合。 HART 和基金會現(xiàn)場總線通信是傳統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)用的理想之選。
今天的無線技術(shù)適合于許多控制應(yīng)用的場合，但是對于監(jiān)測那些以前無論從經(jīng)濟(jì)上來說還是從物理上來說均難以著手的資產(chǎn)――例如敷設(shè)電纜的成本要高過所帶來的利益的地方――無疑更是理想的選擇。
這些增量監(jiān)測裝置所提供的額外的數(shù)據(jù)，常常對工廠的業(yè)務(wù)優(yōu)化――與關(guān)鍵的安全應(yīng)用或基本生產(chǎn)上的應(yīng)用相比――顯得更加重要。 他們要求的更新速度常常是從每幾秒一次到每天數(shù)次不等，不但經(jīng)常用于控制系統(tǒng)，也經(jīng)常與歷史數(shù)據(jù)庫或資產(chǎn)管理軟件結(jié)合使用。
無線技術(shù)適用于增量監(jiān)測和非關(guān)鍵控制應(yīng)用。
如圖所示， 無線技術(shù)在現(xiàn)有設(shè)施的增量監(jiān)測應(yīng)用中尤顯經(jīng)濟(jì)。在這些應(yīng)用中要敷設(shè)新的電纜是一項復(fù)雜的工作而且成本高昂。
對于新設(shè)施來說，無線應(yīng)用的優(yōu)點沒有那么突出。 因為這些新設(shè)施可以在一開始的時候――在基礎(chǔ)設(shè)施和其他的障礙還沒有對增量監(jiān)測裝置的安裝形成障礙的時候――就已經(jīng)將有線通信的額外容量考慮在內(nèi)了。 當(dāng)現(xiàn)場總線的廣泛應(yīng)用使得敷線成本和復(fù)雜性進(jìn)一步減少的時候，這種優(yōu)勢差別就更小了。 在有些情況下，您會發(fā)現(xiàn)將現(xiàn)場總線，HART和無線技術(shù)結(jié)合使用會得到最好的效果。 您可以在無人管理的工廠附近設(shè)施內(nèi)利用基金會現(xiàn)場總線的現(xiàn)場控制功能，同時利用無線方式將他們連接到中央控制室去。 下一節(jié)：為什么現(xiàn)在流行無線技術(shù)？ |
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為什么現(xiàn)在流行無線技術(shù)？ |
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無線不是什么新鮮出爐的事物了。 但是為什么現(xiàn)在流行無線技術(shù)呢？
想一想移動電話都發(fā)生了些什么。 蜂窩技術(shù)在大規(guī)模應(yīng)用之前早已存在了至少十年之久，但是早期的移動電話體型較大，電池壽命較短，對于大多數(shù)人而言只是可望而不可及的東西。 隨著這些問題一旦解決，它的應(yīng)用就呈指數(shù)形式向上竄升了。 在過程自動化方面也是類似的情況。 雖然無線通信可帶來的潛在利益顯而易見，但是用戶仍然不愿意將它應(yīng)用到工廠中去， 他們會考慮到安全問題、電池壽命問題、標(biāo)準(zhǔn)問題以及通信可靠性的問題，直到這些問題得以解決。 近幾年來，有數(shù)家自動化和無線技術(shù)供應(yīng)商集中精力解決此類及其他存在的問題。 最終的結(jié)果是，“可用于過程工業(yè)”的無線解決方案日益完備。
與此同時，用戶們都在孜孜以求從他們的操作中力爭更大的生產(chǎn)率（和更小的成本）。 無線技術(shù)為他們提供了具有良好成本效益的方法――從附加過程測量到設(shè)備診斷到庫存水平等等――來獲取信息，為達(dá)成這些目標(biāo)提供幫助。 下一節(jié)： 總結(jié) |
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總結(jié) |
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本課程對過程工業(yè)應(yīng)用無線技術(shù)做了非常基本的介紹。 主要內(nèi)容包括：
PlantWeb大學(xué)無線技術(shù)系列的其他課程中會更加詳細(xì)地講述這些概念，還會涉及到更多的概念。 下一節(jié)：測驗 |
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測驗 |
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下列問題將幫助您回顧在本課程中學(xué)到的知識。
每個問題都只有一個正確答案。每次正確回答一個問題，您會贏得一個寶貴的獎勵點數(shù)。
準(zhǔn)備好了嗎？ 請點擊下面的“＞”圖標(biāo)。
下一節(jié)：問題1 |
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測驗――問題1 |
在工業(yè)無線通信中，哪個頻段最常應(yīng)用？
紫外線
ISM 頻段
20-20,000 Hz
都不是
紫外線
ISM 頻段
20-20,000 Hz
都不是
正確！/對不起，正確答案是“ISM頻段”。
工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）無線頻段最常應(yīng)用于無線通信，包括用于工業(yè)用途。
在選擇答案之后，點擊“＞”圖標(biāo)繼續(xù)。
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測驗――問題2 |
下面哪個無線技術(shù)適合用于遠(yuǎn)距離監(jiān)測用途？
藍(lán)牙
自組織網(wǎng)絡(luò)
蜂窩技術(shù)
上面所有答案
正確！/ 對不起，正確答案是“蜂窩技術(shù)”.
蜂窩技術(shù)可以利用現(xiàn)有的電信設(shè)施，所以非常適合于長距離監(jiān)測應(yīng)用。藍(lán)牙和自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于更短的距離范圍。
在選擇答案之后，點擊“＞”圖標(biāo)繼續(xù)。
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測驗――問題3 |
下面敘述是否正確：在新工廠中，無線技術(shù)應(yīng)當(dāng)用于取代更老的有線技術(shù)方案，例如HART和基金會現(xiàn)場總線。
正確
錯誤
正確
錯誤
正確！/對不起，正確答案是“錯誤”。
這三項技術(shù)是互補(bǔ)的。有線HART和基金會現(xiàn)場總線在無線技術(shù)不適合使用的地方是理想的選擇。
在選擇答案之后，點擊“＞”圖標(biāo)繼續(xù)。
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測驗結(jié)果 |
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問題編號 |
得分 |
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1 |
0 |
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2 |
0 |
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3 |
0 |
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總計 |
0 |
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祝賀您完成了本課程！您的測驗結(jié)果顯示在左側(cè)表格內(nèi)。
這個分?jǐn)?shù)將累加到您的獎勵點數(shù)中――讓您更早獲得精美的獎品！ 點擊下面的“退出”鍵來關(guān)閉窗口，然后選擇另一課程――或者看看PlantWeb還有哪些其他課程？ |
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