概述

部件选择同技术选择同样重要。 对于无线现场网络而言，您选择的部件会对网络的可靠性、功耗以及安全性产生深刻的影响。

任何网络，不论有线无线，都要有信号源来发送信号，有媒介传递信号，有接收器来接收信号，然后要利用信号做点儿什么。
在传统的过程自动化领域，网络的结构是由现场设备来发送数据，再经过电缆传送到主机系统，例如DCS或PLS等。 而无线网络的绝大部分数据都是通过无线电波来进行传输的，这就要求在网络构成部件方面有所变化，例如添加无线收发装置和天线等等。

在本课程中您将会学习如何为无线网络选择构成部件。
 
无线现场设备，用于收集并发送数据
 
网关， 提供无线设备和主机系统之间的结合界面
 
主机系统，接收并管理来自于无线网络的信息。
 
 
由于自组织网络是工厂内无线现场网络的首选技术，所以我们将主要介绍这些部件在自组织网络中的应用。 本课程不包括例如手持通信装置、PDA、移动工作人员使用的平板电脑等无线过程控制网络接入设备。

 提示
在您阅读本课程内容的同时，请别忘了留意下面这些问题的答案：
 
无线现场网络的组成部件都有哪些？
 
我对于无线现场设备都应该有哪些方面的考虑？
 
什么是网关？
 
我如何才能将来自于无线现场网络的信息整合到现有的主机系统中？
准备好开始了吗？请点击下面的“＞”符号开始您的阅读吧。

下一节：无线设备
无线设备

无线现场设备包含两个部分：一是传统的传感器，用来收集数据，另外一个是无线收发装置，用于发送和接收数据。

虽然有些无线设备是用有线电源给无线收发装置和传感器进行供电的， 但“真正无线”的设备并不使用电线来进行通信和供电。 电池是最常见的电源。 但是有些设备还可以利用能量收集技术，将环境当中的能量――例如太阳能、热能或者振动能转变为电能加以利用。这就大大降低了对电池电源的依赖性，也因此降低了与更换电池相关的长期维护费用。 （关于电源方面的更多内容，请参考电源管理课程）

无线设备有哪些方面需要考虑？
 
内置式路由器。 自组织网络中的设备并不仅仅是发送测量数据的终点， 它们还同时作为路由器将数据转发给其他附近的设备。 网络中这样的设备越多，潜在的通信路径也就越多――网络也就越可靠。
 
低功率设计。 选择设计的功耗较低，又能提供合适的信号强度、更新率和可靠性的无线设备。通常将传感器和无线收发装置的电子部分集成在一起的设备，其整体功耗最低。
 
多数据设备类型。除了要发送基本的过程变量（PV）信息之外，设备还应该能同时传达HART命令和与事件相关的通知，例如警报、报警和组态参数等等。有些无线设备具有内置式诊断部件，能够探测甚至预测设备、无线收发装置和电池故障――从而减少工作人员亲临现场进行设备检查的次数，并增加您对网络的信心。
 
较低的等待时间。等待时间指数据从信号源到达终点的时间。对某些类型的应用来说，过长的等待时间可能会导致信号抵达的时间太迟而无法再行使用。 应确保选用的设备不会超过应用中指定的等待时间。 同时为了帮助对网络故障进行处理，您还应能够根据需要获取关于实际等待时间的信息。
 
同步与时间标志。 选择的无线设备应能同网络时钟同步并且对所有信息进行时间标记。

除了要保证时间标记的一致性之外，网络时钟同步还可以使所有的设备都按照预定的时间来发送和接收信息。

时间标记使网络可以识别等待时间的长短，并做出补偿；同时 提供工具来验证信号是否已经发送成功而且未遭更改。还可用于在记录保管方面提供帮助，例如为保证同监管法规的一致性而做的记录。
 
灵活的通信定时。 无线设备应能支持多种测量数据的采样和报告时间的间隔。 这是由于在自组织网络内它们不但要发送来自于自有传感器的数据，同时还要发送来自于同一网络内其他设备的数据。 理想的无线设备应该能够按照从数秒每次到每天一次的时间间隔来进行报告。
 
支持数据“储存和转送”的传输方式。 在自组织网络内，每个节点都不仅仅传送自己的数据，也传送来自于相邻设备的数据。 通过储存和转送方式，信息可以在中间节点内进行短暂的储存和处理，然后才按照预定的通信时间将他们转送到目的地。 这种可选择的数据传送方式减少了功率损耗，又使得带宽效率得以提高。
 
设计安全。设备应提供信号鉴定、验证以及关键管理――而且应该在进入设备之前进行。
 
能支持多种拓扑结构。 无线设备应具有内在的智能和灵活性，以便可以在任何给定的时刻根据需要自动成为星状、网状或者簇－树状拓扑结构――或者这三种结构――的一部分，从而获得最佳网络效率。
 
支持行业标准。 为了顺利整合和兼容性的目的――即使您的需要将来有所改变――请选择可以支持新兴的过程自动化无线标准的设备。
 
易于安装。 即使标准有线仪器的安装也是一个复杂的工作。 选择无线设备，应用同有线的仪器设备同样的传感器过程连接和程序，可以降低安装费用，并减少错误的发生。
 
 
艾默生公司的优势

艾默生智能现场设备――无线和有线设备――都将同类中最好的传感器技术同诊断功能相结合，帮助您在故障可能危害操作之前对其进行辨别甚至预测。我们供应的无线设备在经过优化后功耗较低，并包括一套完整的安全功能，以保证较小的运行风险。

下一节: 网关

网关

在无线世界里，网关用来为无线现场设备和主机系统之间提供一个结合界面。

网关应能保证来自于无线网络的数据可以无缝整合到系统之中，这些系统包括现有的控制系统，历史记录器，或者其他的主机等等。 经过整合之后，您可以利用已有的工具来管理测量点，收集数据并对信息进行处理――而不用区别这些数据到底来自于有线还是无线网络。
关于网关有哪些方面应加以考虑？
 
同现有的系统和网络之间的兼容性。 由于网关可能需要将来自无线设备的数据同数据收集系统（DCS）、历史数据记录器或一些其他的系统进行整合，所以能够支持若干个连接线路，以便于为不同类型的主机提供接口就显的非常重要。

网关的工作应该富有效率。 如果在同一区域内还有其他的无线网络存在，也不应该对网关的功耗和可靠性产生较大的影响。
 
设计安全。选择从设计上支持信息的鉴定、核实和关键管理等先进安全策略的网关可以减少潜在的风险。

如果网关提供无线以太网输出，它还应该支持有关的安全标准，例如HTTPS（一种安全网络界面），SSH(一种安全外壳)，和VPN（一种安全链接）等等。

如果想要网络更加安全，可以使用一种“控制访问”的网关，以限制用户访问和他们能够执行的任务的种类。
 
自我故障恢复能力。 自组织无线网络中的设备可以通过自动更改传输频率或者路径来“治愈”通信中断故障。网关应能适应这两种故障恢复的方式。
 
支持多种拓扑结构。 同自组织网络中其他的节点一样，网关应该能够按需自动成为星状、网状或簇－树状拓扑结构的一部分。
 
可扩展性。 选择合适的网关，使您在任何时间都可以很容易地增加设备。
 
诊断信息。 网关应能提供网络统计和诊断数据，以便为网络的安装、故障处理和维护提供帮助。 应该便于访问的信息包括：
? 哪一个设备处在工作状态
? 每一条通道的路径统计
? 端对端信息传输的可靠性
? 无线信号强度指示（RSSI）
? 每个通信路径单独部分的链接质量指标。
艾默生公司的优势

艾默生公司生产的1420 智能无线网关经过特别设计，可以满足过程自动化应用中的苛刻要求――这种网关特别增加的智能可以帮助您充分利用无线自组织网络的优点。 网关的功能包括：
 
方便易用的安全功能，包括自动化的关键旋转功能；支持有线和无线的以太网验证方法。
 
支持一系列广泛的通信协议，简化同老式主机系统的整合，包括
? 用于DCS和PLC 的Modbus/RTU和 Modbus/TCP协议
? 用于历史数据记录器和人机接口（HMIS）的OPC协议
? 用于资产管理系统和基于工厂局域网的其他应用的Ethernet协议
? 用于配置和简单监测的网络界面HTTP协议
? 用于成批数据转移的XML和CSV协议
 
提供现场设备诊断数据，例如电池电压，报警指示，以及网络统计数据等等。
 
嵌入式网络服务器，可用于基于浏览器的组态、诊断、设备操作信息和关键管理工具等。
 
为自组织网络提供支持，包括自我故障恢复和自组织能力，网络扩展方便而无需重启或重新配置。
 
可以进行无缝整合，无专用软件或者非标准主机硬件修改的要求。
 
 

下一节: 主机系统

主机系统

大部分人都会通过主机系统来访问并使用来自无线网络的信息。 主机系统可能是DCS、PLC、SCADA系统、资产管理应用系统、历史数据记录器，或者网络接口等等。
在一个整合良好的主机系统中，无论数据来自于有线还是无线系统，它们看上去都是一样的。除此之外，主机系统应能很容易地整合来自于无线设备的增量数据。通过系统，您可以对无线设备进行组态，访问网络和设备诊断信息，一切都同今天您对有线设备和网络的操作一样。

有些无线网络甚至能为多个主机系统提供数据。主机的类型将决定网关和主机之间连接的方式。

例如，许多现代的控制系统和过程控制网络之间通过以太网进行通信，这使得和同样支持以太网的网关之间的整合变得轻而易举。 这种网关到主机之间的连接既可以是无线方式，也可以是有线方式（包括光纤方式）。

要将数据整合到老式的、不支持Ethernet、OPC或者Modbus TCP协议的DCS 或PLC主机中，将要求使用Modbus RTU方式连接。RTU是一种基于串行通信方式的，最常见的Modbus协议， Modbus RTU 协议还支持HMI（人机接口）应用。

历史数据记录器和许多其他的应用都可以按照OPC协议（过程控制的对象链接嵌入）进行连接。 OPC协议是一种广泛应用的实时数据交换工业标准。这种应用可以为用户提供在操作、维护和工程方面的信息，同时避免将对于控制和安全并非十分关键的数据发送给数据收集中心（DCS）。
艾默生公司的优势
作为自动化体系固有的一部分，艾默生推出的DeltaV 过程自动化系统是业内首个数字自动化系统，支持标准平台和开放协议。 多年以来，通过这个系统我们使用类型齐全的无线技术方案为我们的客户提供支持，并同他们保持方便的联系。
下一节: 数据管理
数据管理

无线网络可以提供必要的数据，让您对自己的操作有一个更加清楚的了解。趋势判断、历史数据记录以及其他形式的数据管理可以为您提供信息，帮助您找到一种更加有效的方案来经营工厂和管理资产。

所有的数据管理应用都应能接受来自无线系统的数据。 例如通过资产管理软件您可以访问以无线方式发送的设备诊断信息，这跟访问以有线方式发送的信息并无不同。
艾默生公司的优势

我们推出的业内领先的AMS设备管理组合允许无线数据的无缝整合，通过它，用户可以获取并利用来自于已安装的HART设备的“搁浅”的诊断信息。 将1420智能无线网关连接到AMS设备管理组合的 智能设备管理系统将可以为设备诊断、组态管理、标定管理以及维护文件等提供充分的补充功能。

新的应用也会出现，为无线数据访问方式的方便性和成本效益提供杠杆作用。 这些新应用包括如远距离压力释放阀的记录激活，以寻求符合法规；对安全指示器的监视，以加快应急反应等等。

下一节：选择设备供应商

选择设备供应商

最好是同那些具有过程和自动化方面实际经验的供应厂商合作，让他们了解您的目标――不仅仅是您的无线网络方面的目标，而且包括它所支持的操作――并提供合适的技术和服务。

您选择的设备供应商必须致力于开放式标准和产品的互用能力。 只有如此，您才可以保持信心，您的网络部件即使在未来网络要扩展或改变（甚或更换设备供应商）的情况下也可以继续维持使用。
艾默生公司的优势

艾默生公司推出的智能无线技术方案中的所有构成部件，都是针对实际的过程自动化操作中所发生的问题而进行设计，并经过实践的有效证明。艾默生公司可以 提供全套的技术方案，供高度可靠的无线网络执行之用。 而且我们致力于开放标准，随着您未来需求的变化，我们提供无缝整合和兼容性方面的保证。

下一节：总结

总结

在本课程中您学到…
 
无线现场网络的基本构成部件包括：无线设备，用来采集并发送数据； 网关，提供设备和主机系统之间的界面； 主机系统，允许用户从这里访问并管理数据。
 
无线现场网络的重要能力包括： 低设计功率，支持自组织网络功能和诊断功能。
 
网关应具有同大范围内的主机系统兼容的能力，具有安全、可升级，和自组织网络的能力。
 
潜在的主机系统包括从分配式控制系统到历史数据记录器和资产管理应用等等， 具有多种网络连接和数据管理的方法。
 

下一节： 测验
测验

下列问题可以帮助您回顾在本课程中学到的知识。
每个问题都只有一个正确答案。 每回答正确一次，您会赢得一个宝贵的奖励点数。
准备好了吗？ 请点击下面的“＞”图标。
下一节：问题1
测验――问题1

下面哪个是无线现场网络的基本构成部件？

   设备、场地勘测，主机系统
  设备、主机系统、数据管理
  设备，网关、主机系统
  现场勘测、网关、数据管理
  设备、现场勘测、网关、主机系统

  在选择答案之后，点击“＞”图标继续。

正确！/对不起，正确答案是“设备、网关、主机系统”
无线现场网络有三种基本构成部件。 现场勘测是点对点无线网络要求完成的任务，而数据管理是主机系统的一种功能。
测验――问题2

大多数现代的无线设备都使用当地的、硬线连接的电源。

 正确
 错误
  在选择答案之后，点击“＞”图标继续。

正确！/对不起，正确答案是“错误”。

为了获得“真正无线”的优势，许多现代的无线设备都依赖于电池和能量收集技术以获得电源。 这就是为什么低功率设计如此重要的原因。

测验――问题3
下列哪种方式可以用于将网关连接到主机系统？

   光纤
  无线以太网
 Modbus
 OPC
  以上全部
 None of the above 以上都不是
  在选择答案之后，点击“＞”图标继续。

正确！/对不起，正确答案是“以上全部”。

取决于主机系统的类型，上述连接方法均可用。

 测验结果
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