用无线网络来通讯，工厂准备好了吗？

发布时间：2010-01-14 作者：Mark T. Hoske

　　对于那些习惯了有线网络的人来说，理清无线技术在工厂应用中的相关问题的难度与在缺乏设计资料的情况下对一个I/O连接网络进行改造的难度相当。不管你是已经在你的工厂层使用了无线网络还是尚在考虑中，下面的这些问题和答案都可以帮助消除你对无线技术的疑惑。你也可以在线访问Control Engineering的“无线实施指南”，以获得更多帮助。
　　提供答案的有：
　　■ Banner Engineering, SureCross的无线产品经理Bob Gardner；
　　■ Moxa Americas通讯连接组、工业无线组产品经理，Jim Toepper；
　　■ National Instruments无线技术高级产品营销经理，Robert Jackson；
　　■ Rockwell Automation的网络部业务推广经理，Paul Brooks，和战略应用部经理，Cliff Whitehead。

　　问题：无线网络是否已足够成熟以胜任工厂应用了吗？
　　Gardner：当然可以！我车库的无线自动门已经工作了20多年，更不用提笔记本电脑上的WiFi无线连接了。工厂要实施无线网络，就必须有可靠稳定的确知信号和故障发生时明确可查的输出情况。如果打算进一步优化资源配置，确保所有设备以最佳状态运行，工厂的下一步的工作就是实现I/O和串行数据的无线连接。
　　Jackson：无线技术能对现有有线架构的扩展起到极为重要的作用。这种沟通有线与无线通讯的能力将会更好地促进最终用户对无线技术的投资和使用。

　　问题：工厂中常见的无线网络应用有哪些？
　　Brooks and Whitehead：当今的无线技术通常应用在较难建立有线网络的场合，随着使用的增多，无线技术也开始变得越来越简单和经济。而其周期信号的监测和数据采集能力让无线网络成为越来越多移动工作人员的首选。不过，尽管无线技术能够改善成本和操作效率，但并不一定实施起来方便。

　　在众多工厂无线应用中，自动引导小车是使用最为广泛的一个， Banner Engineering说。

　　问题：在无线网络的实施过程中，用户、原始设备供应商（OEM）和系统集成商分别需要考虑些什么？
　　Jackson：应用决定无线协议的选择。应用层的工作软件能够帮助系统管理多种协议，从而使用户能够有效利用多种协议的不同优点，并且在技术更新时更好地使用相应的协议。
　　无线网络的分级战略可以为众多应用领域提供最好的服务。它能够为以Wi-F i为代表的工业标准提供整合完善的软硬件解决方案，并能为用户提供最佳的使用体验。与此同时，它可以通过软件提取为专利和新开发的标准提供备份，因此即使需要使用不同的协议，最终用户也不必更换其使用的软件。
　　举个例子，无线数据的采集可以利用连接方便、带宽足够的Wi-F i协议。相应的软件驱动（或其他工具，如OPC服务器）可以将采集到的数据发送到一系列第三方供应商专有的无线传感网络（WSN）节点进行相关应用。　　

信号强度很大程度上取决于环境因素。网上的调查图表显示了其中的关联；
黄色条形应该持续地、没有空隙地从左延伸到右侧，Moxa说。

　　问题：无线网络分哪三级？
　　Jackson：现有的和正在研发的无线协议可以统一归结为三类。每一类都有其独特的优势：
　　■ Wi-F i：易实现高带宽的PC连接；
　　■ 基于IEEE 802.15.4的协议：低功耗；以及
　　■ 蜂窝标准：传输距离远。
　　可以通过标准化的软件模型和通用的操作端口实现的覆盖所有三个领域的解决方案，能够为用户提供可扩展的、坚实可靠的应用选择灵活性。

　　管理控制要求更高水平的过程监测，追踪和管理， Rockwell Automation指出。
无线人机界面为操作员，技术员和工厂过程提供了更直接的关联。

　　问题：无线网络的安装建设需要注意些什么？
　　Brooks and Whitehead：为了提高工业无线网络安装的成功率，其安装过程应该包括以下几点注意事项：
　　■ 制定一项应用于安装全程的无线实施范围计划。
　　■ 对射频（RF）环境和实施区域周边的基础调查，包括有无起重机，金属运动体和其他环境条件。用户应当妥善使用专业技能和工具，比如通过无线接入点检测未授权设备，以及先进的建模软件以建立起符合预期强度的信号覆盖面并消除信号盲区。
　　■ 制定一项计划，定期针对不断变化的RF条件进行基础调查资料的更新。
　　管理控制要求更高水平的过程监测，追踪和管理， R o c kwe l lAutomation指出。无线人机界面为操作员，技术员和工厂过程提供了更直接的关联。

　　问题：需要注意的地方似乎不少。无线不是应该比有线更简单吗？
　　Gardner：如果考虑到有线网络运营时的工作量，那无线网络毫无疑问地要容易得多。当然，无线技术毕竟是一项新技术，有着新的应用技巧及其专属的专有名词（如节点、网关等），因此在其产品的规格化阶段，它是比其他人们更熟悉的网络方式要稍显复杂一些。但在初期项目完成后，许多的语义和经验性问题就已经得到了确切的解释。
　　Brooks and Whitehead：制造商应该明白，无线技术只是对有线架构的补充和完善，而不是替代。
　　J a c k s o n：无线技术的优点包括，缩减安装成本、简化和量化实施过程，以及可以在无法进行布线的场合实施应用的能力。

　　问题：无线网络是否能即插即用？
　　Ga r d n e r：使用正确的无线技术，用户可以轻易地实现即插即用。有不少的工厂预设的设备套件支持这种简单的安装方式。

　　问题：无线现场调查能起什么作用？要知道，一个工厂车间里的情况随时都可能发生变化。
　　To e p p e r：在你实施无线方案前，首先要了解的就是其应用环境。从网上下载的现场调查软件可以安装在笔记本电脑或台式机上，进行无线信号的测量。但是，在工业环境中，多数时候不是用你的笔记本电脑进行无线连接的。所以，真正需要测量的是区域范围内将要使用无线网络工作的设备的无线信号强度和无线客户端的天线接收能力（如上述应用实例所示）。由于功率的不同，无线信号的强度不同，天线接收能力也不同，因此只有进行这样的现场调查才能够得到更精确有用的数据资料。自身附有信号检测表的硬件设备更有助于对信号强度的监测。
　　Ga r d n e r：有些制造商已经配备了有板载现场调查功能的无线设备。当然，工厂环境和条件是不断变化的，重要的是确认你所购买的任何一种无线网络都具备在信号最弱时识别信号范围和延迟时间的应对策略。一些现场调查工具会在收集I /O信号的同时使用另一条单独的通讯层， 以确保工作任务进行的同时，能同时实现对其自身射频（RF）通讯链路的监测。

　　问题：有些什么样的无线通讯方法呢？
　　Jackson: 无线技术中，Wi-Fi和蜂窝技术的应用最为广泛。此外，也有900 MHz 和 2.4 GHz频率带宽的专利无线技术存在。在过去的几年里，基于IEEE-802.15.4的新协议为低功耗的应用带来了新的生命力的同时，也形成了一些标准协议，比如针对低功耗市场制订的Z i gBe e协议， 它的数据传输率比W i - F i 略低。这些协议不像Wi-F i应用得那么广泛，但在许多场合中也表现出了自身的优点。

　　实施案例：消费级与工业级无线信号强度之比较
　　无线信号强度实时测量工具的测试结果显示，在工业应用场合中使用消费级无线产品， 容易出现无线信号频繁掉线的情况，Mo x aAmericas通讯连接组、工业无线组产品经理 Jim Toepper说。
　　他说，这种信号掉线的产生有两方面的原因：
　　1. 隔壁休息室内的微波炉与无线接入点（AP）仅一墙之隔，它会对802.11b/g 2.4 GHz的信号产生干扰。
　　2. 无线传播能力差也会导致信号丢失。使用信号强度高达5 GHz（IEEE 802.11a）的工业级无线产品就能解决这一问题， Toepper表示。
　　Mo x a公司建议，应该在实际使用地点对天线，信号发生器和接收器进行现场试验调查（见左图）以确定其实际工作能力。