社会无需等待5G现场总线技术定义与无线工厂网络的设计与管理

  • 科研进展
  • 2025年01月19日
  • 无线网络已经成为许多过程工厂不可或缺的组成部分,它们带来了诸多优势。制造业对无线网络的接受程度持续提升,越来越多地在生产中得到应用。 十年前,无线网络就开始涉足过程工业。工厂设施采用无线网络的原因众多,但通常可以归结为两大类:被动和主动。被动的原因是为了利用已饱和且无法进一步扩展的有线基础设施,或是在电缆难以到达的地方;而主动则是为了快速扩展仪表和通信区域,而不需要高额成本、长时间安装及停机维护

社会无需等待5G现场总线技术定义与无线工厂网络的设计与管理

无线网络已经成为许多过程工厂不可或缺的组成部分,它们带来了诸多优势。制造业对无线网络的接受程度持续提升,越来越多地在生产中得到应用。

十年前,无线网络就开始涉足过程工业。工厂设施采用无线网络的原因众多,但通常可以归结为两大类:被动和主动。被动的原因是为了利用已饱和且无法进一步扩展的有线基础设施,或是在电缆难以到达的地方;而主动则是为了快速扩展仪表和通信区域,而不需要高额成本、长时间安装及停机维护。

无论出于何种考虑,最终目标都是提高生产率与员工效率。在面临技术人员减少、劳动力短缺趋势下,传统制造企业必须提高效率,以保持其在行业中的竞争力并确保盈利能力。

今天,无线协议已经能够满足制造业对工业通讯提出的严格要求:可靠性、高安全性、确定性的数据传输以及控制功耗等。

Wi-Fi作为人们首先想到的无线技术,其广泛应用适用于各种场景。但由于其高功耗特性,对于需要数年电池寿命的大型测量设备来说并不合适。而Wi-Fi提供了高带宽,使其非常适合于无线工厂网络(WPN)。

设计无線工廠網絡時,應注意考慮工業環境中的挑戰,如金属密度較高、電磁干擾源眾多等,這些都會影響無線信號傳輸。此外,由於無線技術對於設施或製造單位來說是一個新領域,因此設計人員需具備專業知識,並與具有相關經驗的人員合作,以確保無線系統運行順暢並符合需求。

除了Wi-Fi之外,還有一些其他商業協議也適合於工業環境使用,比如LTE和WiMax,它們能夠提供更長距離覆蓋、更大的帶寬支持移動性,以及維護網絡支持功能。在某些情況下,這可能需要商業網絡服務器提供商參與部署。如果有機會進行自行安裝則更加理想,但是這兩種協議並不適用於所有過程儀表應用。

藍牙(Bluetooth)及其後續版本低功耗藍牙(BLE)也被廣泛應用於工業中,用途包括將筆記本電腦連接到可編程邏輯器件,不需物理電纜進行配置與維護等短距離應用。

為了滿足流程產業對實時監控所需的一致可靠無線通信需求,一些標準化組織制定了一系列標準比如ISA100.11a-2009 和 WirelessHART。一開始進入市場的是WirelessHART,它通過一個開放式,可互操作無線通訊標準,滿足了流程產業對實時監控所需的一致可靠無線通信需求。它們通過創建一個網狀結構,每個設備都能充當轉發器來增強信號強度,并允許測量數據通過不同的路徑傳輸至中央處理單位,以確保信息完整性和準確性。此外,因為大多數設備由電池供電,所以WirelessHART旨在最大限度地降低能耗,以延長測量儀器的工作時間,即使是10年的生命週期也不稀奇。

尽管如此,在一些情况下,更广泛范围内使用低功率广域网也得到了成功,这些建议最初应用于超大范围内超低带宽通信,如用于供电公司智能计量系统,这些设备通常每天只发送一次更新数据。尽管它们具有极大的覆盖范围,但由于它们仅仅满足这些协议极低带宽要求以及较慢更新时间,因此它们并不适合大多数工业监控应用。

总之,无线技术正在不断进步,为工业自动化提供更多灵活性的同时,也逐渐实现对现有的监控系统进行优化,从而提升整体性能,并帮助企业保持竞争力。

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