論工業局域網前景

王永貴

【摘要】本文通過物聯網技術而聯想到工業局域網的控制，首先介紹了物聯網的定義以及新大陸生產的物聯網實訓裝置的幾大應用。這幾個應用都運用到了無線網控制，從而聯想到工業局域網的控制也可以通過無線網絡來搭建，并介紹工業局域網的前景。

物聯網技術的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術。

其包括三種應用：一是智能商業應用；二是智能醫療應用；三是智能環境應用，不管是哪一種應用，它都離不開局域網的架構。下面我簡單的介紹下其中的兩種應用。

一、智能商業應用

其包括網絡攝像頭、LED顯示屏、手持PDA、超高頻RFID等，網絡攝像頭和手持PDA是通過無線Wi-Fi通信。那么Wi-Fi以及RFID是否可以應用與工業控制呢？答案是肯定的。

1.Wi-Fi是一種無線通信協議與藍牙一樣，同屬于短距離無線通信技術。Wi-Fi速率最高可達11Mb/s。雖然在數據安全性方面比藍牙技術要差一些，但在電波的覆蓋范圍方面卻略勝一籌，可達100m左右。而且它是以太網的一種無線擴展，理論上只要用戶位于一個接入點四周的一定區域內，就能以最高約11Mb/s的速度接入Web。但實際上，如果有多個用戶同時通過一個點接入，帶寬被多個用戶分享，Wi-Fi的連接速度一般將只有幾百kb/s的信號不受墻壁阻隔，但在建筑物內的有效傳輸距離小于戶外。

2.Wi-Fi未來最具潛力的應用將主要在家庭無線網絡以及不便安裝電纜的建筑物或場所。目前這一技術的用戶主要來自機場、酒店、商場等公共熱點場所。Wi-Fi技術可與基于XML或Java的Web服務融合起來，大幅度減少企業的成本。例如企業選擇在每一層樓或每一個部門配備802.11b的接入點，而不是采用電纜線把整幢建筑物連接起來。這樣一來，可以節省大量鋪設電纜所需花費的資金。

3.射頻識別（RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數據從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池；也有標簽本身擁有電源，并可以主動發出無線電波（調成無線電頻率的電磁場）。標簽包含了電子存儲的信息，數米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。

二、智能環境應用

其包括：溫濕、光照、火焰、人體、液位等類傳感器，還包括電扇、警報燈、霧化器、加熱器等，這些器件通過數字量采集器和模擬量采集器利用RS485與控制箱進行通信。其中電扇是通過ZigBee技術和控制箱進行通信的。這里我就詳細的說說zigbee技術。

ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz（全球流行）、868MHz（歐洲流行）和915MHz（美國流行）3個頻段上，分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內，但可以繼續增加。作為一種無線通信技術，ZigBee具有如下特點：

（1）低功耗：

由于ZigBee的傳輸速率低，發射功率僅為1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee設備非常省電。據估算，ZigBee設備僅靠兩節5號電池就可以維持長達6個月到2年左右的使用時間，這是其它無線設備望塵莫及的。

（2）成本低：

ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5-2.5美元，并且ZigBee協議是免專利費的。

（3）時延短：通信時延和從休眠狀態激活的時延都非常短，典型的搜索設備時延30ms，休眠激活的時延是15ms， 活動設備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術適用于對時延要求苛刻的無線控制（如工業控制場合等）應用。

（4）網絡容量大：

一個星型結構的Zigbee網絡最多可以容納254個從設備和一個主設備，一個區域內可以同時存在最多100個ZigBee網絡，而且網絡組成靈活。

（5）可靠：

采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避開了發送數據的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認的數據傳輸模式， 每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息。如果傳輸過程中出現問題可以進行重發。

（6）安全：

ZigBee提供了基于循環冗余校驗（CRC）的數據包完整性檢查功能，支持鑒權和認證， 采用了AES-128的加密算法，各個應用可以靈活確定其安全屬性。

由此可見zigbee技術完全是可以應用在工業控制領域的。因此，筆者認為工業控制局域網及現場總線的前景是：無線短程網和無線局域網。為什么無線通信在工業應用特別受到重視？ 因為它具有很多的優勢。

其優勢表現在：

（1）極大降低安裝成本、持續降低運行維護成本，更換方便，便于升級，減少接插件故障，移動自由且不受限制，投運快速。

（2）美國能源部的研究估計，無線傳感器網絡會為工業現場節能10%和降低排放或泄漏15%提供良好手段。

當然，目前來說，無線通信還存在著亟待解決的問題。

成本 減少安裝成本、減少運行維護成本、易于安裝和維護、電源管理（采用電池運行）

兼容性和 可擴可縮 可互操作性/共用基礎設施/共存性（與其他射頻設備共存）

在全世界范圍軍能使用（與使用國家無關）

網絡容量和網絡規模可擴可縮

性能 通信可靠（正確傳輸的百分比%）、適于閉環控制、

快速的報告速率 、 支持現場點對點控制

信息安全 網絡安全、網格拓撲自組織（meshing）安全

三、結束語

無線傳輸進入工業控制領域的趨勢無可置疑。有人估計再過四、五年，大多數儀表和自動化產品都將嵌入無線傳輸的功能。無線技術首先會用在樓宇自動化、自動抄表、事故響應、設備監控系統、設備資產管理、診斷維護等。當前較適宜應用的行業可能有：物流過程（裝運狀態監控）、汽車制造、食品加工、制藥和流程行業（設備資產跟蹤、監控、管理）等。

參考文獻

[1]高漢榮.工業無線網絡的現在及發展趨勢[J].中國儀器儀表，2008.

[2]北京新大陸有限公司.物聯網技術，2013.

[3]IBM.無線通信網絡在工控領域的應用現狀及前景.2008.