10分钟

　　本课程包括：

　　1. 概述

　　2. 更新率

　　3. 网络延迟时间

　　4. 使用分类

　　5. 无线技术应该用在哪些地方?

　　6. 总结

　　7. 测验

　　概述

　　PlantWeb 大学关于无线技术应用的其它大多数课程都跟监测和诊断有关。 这是因为无线技术在今天的应用中最大的价值在于它能够让我们用一种方便、经济的方式来获取附加信息，并以此达到最佳运行状态。

　　但是控制方面呢?是否也应该考虑使用无线技术呢?

　　答案是：是的――但是您有必要对特定的应用考察一下，考虑一下如何在今天的无线技术应用的优势和局限性之间做一个权衡。

　　在前面的课程中，您已经学到无线技术的优点，尤其是利用无线技术采集与您的操作相关的附加信息的低成本和方便性。 今天的无线现场网络可以提供的经过实践检验的可靠性，比99%的有线网络要高，而且在安全方面也毫不逊色。

　　在本课程中我们将着重讲述在评估无线技术的控制用途时需要考虑的一些额外因素，例如应用中要求的更新率以及网络延迟时间的影响等等。 我们还将讨论一下无线技术对于不同控制应用的适合性。

　　在本课程的末尾，您将会发现一个简短的测验，帮助您确认所学的知识――并以此赢得宝贵的奖励点数。

　　提示

　　在您阅读本课程内容的同时，请留意下面这些问题的答案：

　　o 当无线设备的更新率增加时，会带来什么影响?

　　o 无线网络中哪些因素导致了延迟时间?

　　o 哪些类型的应用适于无线控制?

　　o 哪些变化会增加无线控制应用的数量?

　　准备好开始了吗?请点击下面的“>”开始您的阅读吧。

　　下一节：更新率

　　更新率

　　要判断无线技术是否适用于您的控制应用，首先应该确定一个良好的过程控制所需要的更新率。

　　要获得精确的控制，测量数据需要能够充分地反映有关过程的具体状况。测量变送器通常要多次对过程变量进行采样，对读数进行过滤，然后再将结果通过网络传送到控制器。

　　通常过程中的有些变量变化很慢，而有些则非常快。假如传送到主机系统的测量值不够频繁，不能很好地表现变量的状况，那么用于控制的数据也就难以准确地反映过程中发生的情况。

　　然而在无线领域，要求很高的更新率常常并不现实。 数据的每次更新都需要耗用能量进行处理和传送，更新率加快，耗能也就越高。 除非您愿意每隔数月就更换一次电池，或者干脆为现场设备直接铺设电缆送电――以牺牲某些无线技术的关键优势为代价――通常无线系统的更新率都要比有线系统来得要低。

　　虽然真正无线网络中的设备通常经过配置之后更新率大约在每分钟两次左右，其实它们都可以支持每秒钟一次的更新率。这个更新率对于有些应用，变量变化较慢的比如液位和温度回路或者那些通过在线分析仪器的反馈进行控制的回路而言还是合适的。 有些缓慢且非关键的流量回路也非常适合利用基于无线技术的控制。

　　关键是要了解过程的要求，然后再在更新率和电池寿命之间做出正确的权衡。 有些设备供应商可以提供相关图表以对于电池寿命和更新率之间的关系做出描述，从而帮助您找到在它们之间的正确平衡，之后再来决定无线控制是否适合于某个特定的应用。

　　下一节：网络延迟时间

　　网络延迟时间

　　控制系统的性能部分取决于控制回路对输入信号变化的响应时间。这个响应时间包括测量信号从传感器旅行到达控制器的时间，再加上从控制器到达阀门或者其它终端控制元件的时间。

　　信息包从其来源到达目的地的过程中所发生的任何耽搁都被称作延迟时间。

　　所有的通信过程都有一定的时间延迟。 在绝大多数的有线过程控制网络中，延迟时间都非常低，甚至可以允许速度非常之快的控制回路。 但是许多用于无线网络的信息处理技术都会增加网络的延迟时间，以至于今天的无线技术可能无法适用于要求响应时间以毫秒计的快速控制回路。

　　为什么会出现这种状况呢?

　　在无线领域里，随着从发送器到接收器(网关或主机系统)之间距离的增加，信号强度会迅速降低。信号强度越低，传输错误的发生率就越高;传输错误反过来降低了数据吞吐量，增加了信号抵达目的地需要的时间。

　　设备供应商有时会安装一个八木定向天线以增加信号增益，从而获得更强的无线链路。但是这种方法虽然能在某些应用中减少延迟时间，却成本不菲。

　　避免信号强度问题的另外一种方法是，将信号通过其它的无线网络节点进行传递，直到抵达网关或者主机为止。节点之间的距离更短了，通信的可靠性也随之提高。内置式冗余度，即具有多个可以传递信号到目的地的节点也可以达到同样的效果。

　　可靠性对过程控制非常重要。然而，从节点到节点之间额外的“跳频”也同时会增加整个信号传输时间。 整个网络延迟时间可能只有数微秒之短，也可能在极端情况下达到一秒到两秒之久。在某些地点可能会由于整体延迟时间太长而无法支持快速控制回路。

　　这就是为什么在将无线技术应用于控制之前，您需要首先确定网络时间延迟是否处于可以接受的限制范围之内的原因。

　　下一节：使用分级

　　使用分级

　　我们在本课程中讨论的有关因素，使无线技术更适合于某些应用类型，而对其它的类型则要差一些。 因此，标准委员会开发出相关的工具来帮助用户对其应用加以全面的考量，并对无线过程控制的案例加以利用。

　　例如 ISA SP100 委员会。 这个委员会正在为无线网络在过程工业当中的应用设立标准，他们定义了六个使用等级，帮助您确定无线技术何时可以适用。(关于SP100委员会及其工作目标的详细信息，请参看课程 《无线标准》)

　　ISA SP100工作组正在对几种类型的无线技术应用进行研究。

　　当前大多数的工业无线网络都适合于4级和5级应用，其中包括监测应用。目前无线网络的典型延迟时间和更新率都处于这些应用的要求范围之内。

　　如果在更新率和延迟时间方面能够满足控制响应的要求，那么无线网络也可以用于2级和3级回路之中。

　　例如，无线控制在第3级控制应用中可以工作良好――在这些应用中操作人员必须离开控制室(多半是在刚获得工作许可之后)进行适当的控制操作，如启动泵或者打开一只手动切断阀等等。 在这些情形下，一分钟的更新率(如果您希望电池工作可以维持数年之久，这个更新率会符合要求)已经足够快了。

　　假如本地电源不方便，或者您愿意更频繁地更换电池，更新率要求稍快的控制回路也可以用无线方式来操作。

　　虽然无线技术目前来说尚不推荐用于0级和1级应用，随着行业内经验和信心的增加，将会有越来越多的此类应用选择无线控制方式。

　　下一节：无线技术应该用在哪些地方?

　　无线技术应该用在哪些地方?

　　应用无线方式对测量数据进行监测，例如在那些以前在经济上和实践上都难以做到――如铺设电缆的成本超过收益的场合――会给您带来很大的价值。

　　通常这些应用要求的更新率从每分钟一次到每天数次不等。 这些数据对于业务优化的重要性常常要比关键的安全应用或基本的生产应用高得多，除了控制系统之外，也会经常跟历史数据记录器或者资产管理软件结合使用。

　　如下图所示，无线技术用于现有设施的增量监测尤为划算。在这些设施中，铺设新线路非常复杂，而且费用高昂。然而除此之外，它还可以用于这些设施中的非关键控制回路，特别是那些对更新率要求不高的地方，成本效益很高。

　　如果您的无线技术供应商允许将技术用于所有用途，您应该确认其无线设备无需电网电源，电池寿命按年计算而非按月计算。 否则，提供电网电源或者频繁更换电池的费用会将无线技术原来在铺线和安装方面带来的节省逐渐地侵蚀掉。

　　随着设备供应商不断地提高电源效率并改善对无线设备的管理，利用自组织网络增加测量点和数据传输率将使越来越多的无线非安全关键应用变得切实可行。

　　其时，您可能会有机会为您的设备运作增加成百甚至上千的测量点，从而对过程和业务的性能做出改进。

　　实践指标

　　由于无线技术在监测方面的应用可以提供最大经济效益，选择无线结构来使成本最小化，使收益最大化可谓顺理成章。无线技术的选择应遵循：

　　o 支持真正的无线结构，无需敷设电缆或者建设其它基础设施以达供电或通信之目的。

　　o 无需费用较高的现场勘查来保证通信的可靠性。

　　o 使用标准的工业传感器，使安装和过程连接更容易，数据采集更可靠，培训要求也更低。

　　艾默生公司对此做了深入的研究和相关测试，拥有广泛的用户服务经验，这一切都表明自组织无线网络可以为这些功能提供一个理想的平衡：用于控制足够稳健可靠，用于监测则成本足够低廉。

　　下一节：总结

　　总结

　　对于无线控制的应用应有独特的考虑。在将无线技术应用于最困难的过程控制问题之前，理应先在监测和非关键控制应用方面，例如开环控制和允许较长刷新时间的非关键控制方面取得经验。

　　然而，控制能力仅仅是选择无线结构时需要考虑的事项之一。 由于无线技术在监测应用方面可以提供很大的价值，选择一个无线结构，在经过优化之后既可用于控制，又可用于监测将是十分有利的。大多数利用自组织网络的厂内无线技术方案都足以在提供控制功能的同时提供监测功能。 一个良好的、灵活的网络设计将会以十分经济的方式满足您所有的应用需求。