艾默生

 概述

    也许您曾经想过无线网络的应用，但是您听到的说法让您犹豫再三。您的同事告诉您，无线应用不但复杂而且昂贵。您的老板提到可靠性和升级的问题。或者，在您最后一次参加的技术会议上，与会者提到了太多太多的安全风险问题。

    虽然各种形式的无线技术应用已经超过了一个世纪，无线网络在过程工业中的应用仍然只是新鲜出炉。同其它技术刚刚出道时一样，无线技术的产生也伴随着若干的谬论和误解――其中有些是基于其他类型的无线技术方案，例如移动电话、PDA，或者早期“试用版”的无线技术服务。

     近几年来，无线技术的发展收获颇丰。 供应商和使用者也学会了不少关于如何将无线技术成功应用到过程操做上的学问。因此，大多数谬论和误解背后的疑问都得到重视，并一一做出解答。
 
    既然有很多疑问却又能带来许多收益――这些谬误确实值得我们更加仔细地研究一下，因为他们可能会阻碍您对无线技术的应用。在本课程中，我们将揭示那些最常见的谬误，并告诉您为什么您今天就可以将无线技术应用到您的工作当中。
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：

哪种无线网络最容易安装？

 
您期望的应用无线技术的网络可靠性有多高？

 
您期望无线设备使用的电池可以使用多长时间？

 
无线网络的安全同传统的有线网络相比如何？

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：常见的谬误

常见的谬误

 如何将无线技术应用到过程自动化的复杂世界当中，引起了众多关注，而绝大多数关于无线技术的误解都与此有关。
 
1. 无线系统很复杂： 我理解有线系统，但是无线系统太复杂了。

2. 无线设备难以安装: 我知道如何铺设电线和管道，但是无线系统的安装需要特别的技能。 我也不想去做费钱费事的现场

    勘测，然后再决定哪里才能够成功配置无线设备。

3. 无线系统可靠性差： 有线系统更加可靠一些。 我不想因为有干扰或者障碍而失去信号。

4. 电池持续时间太短：我不想因为不得不每个月或两个月就更换一次电池而头疼。

5. 无线系统不可升级： 无线网络扩展能力有限。 我需要随时随地很方便地添加更多的设备。
 
6. 无线系统不可用于控制: 对我的许多控制环节而言力度不够，更新率太低。

7. 无线系统不安全： 不像有线系统，无线网络很容易遭到恶意黑客的攻击。

8. 无线装置不能同我的老式主机系统进行整合： 我的传统DCS系统不够智能化，无法谈及“无线应用”。

9. 没有现场网络的工业标准： 我对应用专用协议很不习惯。况且有那么多的无线标准，我怎么知道用哪一个?
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让我们一起揭开每种谬误后面的事实吧。

下一节：谬误之一: 无线系统很复杂

 谬误之一: 无线系统很复杂

    事实上是，要利用无线服务和网络，您用不着非要成为技术奇才。 无线技术虽然同有线技术有所区别，但是一点儿都不难。

    还记得在过程工业里从4-20mA标准转为HART，后来又改为现场总线的历史吗？您也许需要学一些新技术，但是过程自动化通讯的概念并没有多大变化。 从有线到无线的转变亦是如此。 有些新词语出现了，但是基本的功能却还是相似的――本课程就是要帮助您完成这一转变。
 
    让我们来看一下一些常见的有线和无线术语之间都有哪些相似之处。

    例如，电压降和衰减基本上都指的是功率的损失。 电压降是由于在有线连接的回路中存在电阻或阻抗而导致的电功率部分损失。衰减是无线信号在空气中传播，在到达目的地之前的信号强度损失。不同的术语，相似的概念。 
对基本网络的组成元件来说，情况一样： 在有线现场网络中，发送器连接到接线盒，然后从这里将集合的数据发送到过程控制网络。在无线现场网络中，单独的无线设备同网关进行通信――然后将数据发送到另外一个网络或者主机系统，例如DCS。

    要了解更多关于无线结构的组成，请参看关于网络构成部件的课程.

下一节: 谬误之二: 无线设备难以安装

谬误之二: 无线设备难以安装

    这个谬误中存在一个明显的误解：其实使用无线现场网络，完全不必铺设到各个设备的电缆――跟有线系统比较起来, 这就已经使安装简单不少。事实上无线技术最吸引人的地方，就在于它避免了复杂性，降低了成本，而这些正是有线系统的缺点所在。
 
    并且，由于一些销售商提供的无线设备同传统的有线HART设备具有同样的程序连接， 因此您可以通过现有的步骤来完成安装。 同时，您还可以使用跟传统的有线HART设备一样的配置工具来对传感器进行组态。

    有些类型的无线现场网络的确不如其他类型一样易于安装。 在那些传统的点对点无线技术方案或者那些对网络可靠性要求比较高的应用中，必须进行现场勘测以便确定目视通讯路径。 这些勘测费时较长，尤其当设备或其他障碍对有效的通讯路径造成障碍的时候为甚。

    但是随着自组织无线现场网络的使用， 复杂的安装计划和成本较高的现场勘测已经毫无必要。 只要每个设备或者网关处于至少另外一个设备的范围之内，它就可以在分配的网络上进行通讯。

    只需将每个设备放置在最需要的位置（例如，靠近测量点），如果没有直接通向网关的视线路径，其他范围之内的设备可以作为中继传递信号。

    安装一旦完成， 自组织无线网络内的授权设备将自动加入网络并开始通讯。 网络也将对应环境变换进行自动调整。 所以即使在初装之后，您仍然可以很方便地增加、移除、更换或者重新定位设备和网关，而不会造成通讯中断。

    关于此主题的更多内容，请参考自组织网络的规划与安装课程。

下一节：谬误之三： 无线系统可靠性差

谬误之三：无线系统可靠性差

     您的工艺流程太重要了，以至于不能承受丢失数据的风险。这就是为什么网络可靠性――实际抵达目的地的信号比例――如此重要的原因。您希望这个百分比越高越好。

    乍看上去，无线技术最初的特性具有增加风险的趋势。毕竟在发送器和接收器之间没有任何实质的有形的可靠连接，数据的传输是以无线电波的形式在空气中进行的。典型的工厂内都有各种各样的障碍来扰乱信号传播――从临时建筑脚手架到由附近设备带来的射频干扰都会带来这种干扰。

    很不幸，对于点对点无线现场网络而言这些干扰的确是个问题。 这些设备每一只都需要具备一条直接的、可以目视的通讯路径抵达所分配的网关。因此这些点对点技术方案的实际安装可靠性只能达到40％一点儿也不奇怪。

    另一方面，自组织网络具有与生俱来的可靠性。它的可靠性达到99％――在所有的无线技术方案当中是最高的。 这么高的可靠性是因为一旦某一条通讯路径因为某种原因被打断或失效，那么网络会自动寻找另外一条路径来传递信号。

    最值得称道的是，它的可靠性随着网络的扩展而增加――设备越多，通讯路径也越多，信号要抵达目的地的机会也就越大。

关于此主题的更多内容，请参考关于自组织网络的课程。

下一节：谬误之四： 电池持续时间太短

谬误之四：电池持续时间太短

    真正的无线设备无需为通讯或者电源铺设线路。但是传感器和无线信号总是需要电源的，所以电池便成为了最常见的电力来源。

    电池需要定期更换，这没错――但是不像过去那么频繁，也不像您所想象的那么经常。 典型的情况下，电池寿命按年计算。 事实上，有些新的无线网络设备可以工作5－10年之久，甚至更长时间而无需更换电池。

    通过为您的网络正确地选择无线技术、传感器、电源和电源管理技术，您可以有效地减少电源需求（并因此减少与电池相关的维护）。

    寻找合适的供应商，有些供应商可以帮助您根据应用要求在电能消耗方面做出平衡。那些在设计产品时总是不忘对能源效率加以考虑的供应商会很高兴地告诉您，他们使用的是何种技术――从低能耗电子线路到经过优化的设备睡眠模式，再到能量搜集技术，一直到HART数据的高数据低能耗传输等等。

  关于此主题的更多内容，请参考本系列中关于电源管理的课程。 
 
  下一节：谬误之五： 无线系统不可升级

谬误之五：无线系统不可升级

    无线网络的升级只有在您选择了错误技术方案的情况下才会成为问题。
 
    对点对点无线现场网络来说，每台设备都必须直接同指定的网关进行通信，所以会受到从设备到网关的传输距离范围以及网关可处理设备数量的限制。这种无线网络经常要求在工厂的各个角落装设昂贵的基础设施。
 
     当网络内所包含的设备较多的时候，某些纠错技术也可能随着通讯“重新发送”而造成网络阻塞。
但是自组织网络不存在这些限制。
 
     每台设备都可以同其他设备之间进行通信，所以信号可以通过设备至设备进行传播，直到抵达距离可能远远超过任何单只设备的发送距离的网关。
 
    从大量设备发送来的信号可以经过离网关最近的数台设备进行传递，这就极大地增加了每个网关可以处理的设备数量。
 
    通信时间可以进行设定，以避免信号产生可能导致大范围网络阻塞的“碰撞”。

    典型的网络扩展非常简单，只需增加更多设备即可。自组织网络自动识别经过授权的新设备，并开始通信。 事实上，设备数量越多，网络能力越强，因为数据传输的潜在的通信路径增加了。
 
下一节： 谬误之六: 无线系统不可用于控制

谬误之六：无线系统不可用于控制

    有些控制应用要求以每数毫秒一次的频率更新信号。对于第一代无线技术方案而言这是不现实的，因为要进行频率如此之高的信号更新会降低电池寿命，除非您愿意每几个月即更换电池或者干脆通过硬线连接至电源――这样成本就会大大增加――所以更新频率会比有线系统更低。 这也是为何现在的关键控制和安全回路不使用这些无线方案的原因。

    但是强健的无线技术可以应用于某些类型的控制之中――特别是当选择的技术方案在等待时间和信号更新方面可以满足要求的时候。 典型的应用包括开环控制和允许较长刷新时间的非关键控制等等。
更新率、网络等待时间和电源管理技术随着技术进步必然会相应改善，从而为更多的无线技术控制应用敞开大门。

下一节：谬误之七――无线系统不安全

谬误之七――无线系统不安全

    安全问题可能是工厂应用中对无线技术的最常见的关切。 事实是：这种关切作为催化剂催生了更巧妙的技术和最好的实践，使正确工作的无线网络跟传统的有线网络相比同样――甚至在某些情况下更加――安全。而这些有线系统的设计和安装，同今天对潜在安全威胁和相应安全措施的理解相比，已然落伍。当然了，要获得如此水准的安全效果，您需要在网络规划和执行方面做出正确的选择。
 
    提前规划。在开始的时候就对安全问题加以考虑，事后才想起就不一定会安全了。
 
   寻找能提供整套安全措施的网络元件――包括加密技术、鉴别、核实、关键管理和抗干扰措施等等。
 
   同内行的供应商合作。这些供应商致力于在程序执行和数据的保护方面的研究并相应设计他们的无线产品。
 
   坚持开放标准。 这样您将会从别人所做过的工作中受益――并将继续受益――提高稳定性、安全性，还可以增加新的功能。
 
遵循最成功的实践经验来维护安全。 正确选择供应商可以保证无线安全容易实现，但是要保证通信安全却是您的责任。
关于此主题的更多内容，请参考关于安全的课程。
下一节：谬误之八――无线装置不能同我的传统主机系统进行整合
 谬误之八――无线装置不能同我的传统主机系统进行整合

无线网络对于过程自动化是个新事物，但对于您的传统DCS、PLC、历史数据记录器或者其它的主机系统就不是了。让他们彼此之间进行对话会产生什么问题吗？
不会的。 假如您使用的网关设计可以同多种主机系统无缝整合――而且不要求使用特别或专用的软件。
网关可以对一系列通信方式提供广泛的支持，包括：
 
DCS 和PLC使用的Modbus 和RTU.
 
DCS、PLC和HMI 使用的Modbus和TCP
 
历史数据记录器和HMI 使用的OPC
 
资产管理系统和厂内局域网的其他应用使用的以太网
 
用于组态和简单监控，基于浏览器界面的HTTP。
 
用于大量数据传输的XML和CSV.
当然了，建于开放标准之上的数字自动化系统可以使无线整合更加容易。
不要让这个谬误妨碍您从无线技术的应用中获取利益――不管您工厂内的主机系统如何古老。
下一节：谬误之九――没有工业标准

谬误之九――没有现场网络的工业标准

    标准是一种重要工具，可以用来保证系统兼容性，并为您在自动化方面的投资提供“未来的保障”。 但是随着无线技术的迅速发展，产生了许多不同的无线标准。太多的标准跟没有标准一样令人头疼。
 
    然而近来，HART通讯基金会和ISA正在形成过程自动化方面的无线技术标准，优势互补，成为业内翘楚。 HART。 同几十年前HART协议第一次在过程自动化的世界里为模拟和数字两种模式架起沟通的桥梁并无二致，HART基金会的工作又将再次架通无线和有线世界。无线和有线HART部件之间的互操作性可以帮助保护您在安装方面的投资，同时保证新加入的无线设备的无缝整合。

    ISA SP100。 ISA SP100委员会受特许开发一套经过推荐的操作方法，以便在现场层次的控制和自动化方面实行无线技术。 目前这个委员会正在积极地开发一套方针和原则，以帮助用户最大程度上利用无线技术的价值。

     同支持这些新兴标准的供应商合作将有助于您保证无论现在还是将来，您的无线技术方案都能够满足要求。 另外，许多经过验证的标准，例如802.11Wi-Fi标准和802.16WiMax 标准早已存在，而且今天正在为将无线技术应用于工厂局域网和过程控制网络提供服务。

关于此主题的更多内容，请参考无线标准课程。

下一节：总结

总结

    随着人们对无线网络的工作有了更好的了解，更随着技术进步，曾经阻碍无线技术采用的谬误和怀疑正在消失， 而无线网络技术也同时获得了更好的发展势头。

    本课程中您学到无线技术的易于执行、高升级能力、良好的可靠性以及设计时即采取的安全措施可以极大提高无线应用的“舒适水平”。您同时还学到，要组态一个无线网络并不意味着您必须另起灶炉。 正确设计的无线设备可以很容易地整合到现有的系统里去。 最后，如果您坚持开放标准，同专业知识丰富的销售商合作，您最终会发现您是最后的赢家。

下一节：测验

测验

下述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

在实际安装条件下，无线设备使用的电池可以持续多长时间？

 数天

 数星期 

 数月 

 数年

  在选择答案之后，点击“＞”图标继续。

正确！/对不起，正确答案是“数年”。

由于结合了提高能量效率的工艺技术，电池寿命可以持续数年。

测验――问题2

一个坚固耐用的自组织无线网络，其可靠性是

 25%

 低于 40%

 高于 99%

 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“大于99％”。

自组织网络在所有的工业用无线技术方案中可靠性最高――一般高于99％

测验――问题3

典型的无线网络的测量更新率适合：

 关键控制回路

  安全仪表系统

  监视和非关键/允许较长刷新时间的控制

  以上都是
 
  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“监视和非关键/耐延迟控制”。

目前第一代无线技术方案的更新率可以作为监视和有些类型的控制之用，但是用在关键控制和安全方面仍不够快。

测验――问题4

在下述哪种通信方法中网关应能和主机系统进行通信？

 Modbus

 OPC

 Ethernet

 HTTP

 以上都是

 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“以上都是”。
 
对常见通信协议的支持对于无线网络数据和主机系统的无缝整合非常重要，特别是对于老式主机系统而言。

测验――问题5

正确与否： 无线网络不如有线网络安全。

 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”。

    内行的供应商 如今都能够在提供无线技术的同时，将先进的安全措施进行“植入”。 许多有线网络，在最初设置的时候很少考虑到安全问题－－时至今日被人们认为成了马后炮。

 
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