10分鐘

　　本課程包括：

　　1. 概述

　　2. 更新率

　　3. 網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間

　　4. 使用分類(lèi)

　　5. 無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)該用在哪些地方?

　　6. 總結(jié)

　　7. 測(cè)驗(yàn)

　　概述

　　PlantWeb 大學(xué)關(guān)于無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的其它大多數(shù)課程都跟監(jiān)測(cè)和診斷有關(guān)。 這是因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)技術(shù)在今天的應(yīng)用中最大的價(jià)值在于它能夠讓我們用一種方便、經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)獲取附加信息，并以此達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。

　　但是控制方面呢?是否也應(yīng)該考慮使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)呢?

　　答案是：是的――但是您有必要對(duì)特定的應(yīng)用考察一下，考慮一下如何在今天的無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和局限性之間做一個(gè)權(quán)衡。

　　在前面的課程中，您已經(jīng)學(xué)到無(wú)線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)采集與您的操作相關(guān)的附加信息的低成本和方便性。 今天的無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)可以提供的經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的可靠性，比99%的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)要高，而且在安全方面也毫不遜色。

　　在本課程中我們將著重講述在評(píng)估無(wú)線(xiàn)技術(shù)的控制用途時(shí)需要考慮的一些額外因素，例如應(yīng)用中要求的更新率以及網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間的影響等等。 我們還將討論一下無(wú)線(xiàn)技術(shù)對(duì)于不同控制應(yīng)用的適合性。

　　在本課程的末尾，您將會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)短的測(cè)驗(yàn)，幫助您確認(rèn)所學(xué)的知識(shí)――并以此贏(yíng)得寶貴的獎(jiǎng)勵(lì)點(diǎn)數(shù)。

　　提示

　　在您閱讀本課程內(nèi)容的同時(shí)，請(qǐng)留意下面這些問(wèn)題的答案：

　　o 當(dāng)無(wú)線(xiàn)設(shè)備的更新率增加時(shí)，會(huì)帶來(lái)什么影響?

　　o 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中哪些因素導(dǎo)致了延遲時(shí)間?

　　o 哪些類(lèi)型的應(yīng)用適于無(wú)線(xiàn)控制?

　　o 哪些變化會(huì)增加無(wú)線(xiàn)控制應(yīng)用的數(shù)量?

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　　下一節(jié)：更新率

　　更新率

　　要判斷無(wú)線(xiàn)技術(shù)是否適用于您的控制應(yīng)用，首先應(yīng)該確定一個(gè)良好的過(guò)程控制所需要的更新率。

　　要獲得精確的控制，測(cè)量數(shù)據(jù)需要能夠充分地反映有關(guān)過(guò)程的具體狀況。測(cè)量變送器通常要多次對(duì)過(guò)程變量進(jìn)行采樣，對(duì)讀數(shù)進(jìn)行過(guò)濾，然后再將結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到控制器。

　　通常過(guò)程中的有些變量變化很慢，而有些則非常快。假如傳送到主機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量值不夠頻繁，不能很好地表現(xiàn)變量的狀況，那么用于控制的數(shù)據(jù)也就難以準(zhǔn)確地反映過(guò)程中發(fā)生的情況。

　　然而在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域，要求很高的更新率常常并不現(xiàn)實(shí)。 數(shù)據(jù)的每次更新都需要耗用能量進(jìn)行處理和傳送，更新率加快，耗能也就越高。 除非您愿意每隔數(shù)月就更換一次電池，或者干脆為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接鋪設(shè)電纜送電――以犧牲某些無(wú)線(xiàn)技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)為代價(jià)――通常無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的更新率都要比有線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)得要低。

　　雖然真正無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通常經(jīng)過(guò)配置之后更新率大約在每分鐘兩次左右，其實(shí)它們都可以支持每秒鐘一次的更新率。這個(gè)更新率對(duì)于有些應(yīng)用，變量變化較慢的比如液位和溫度回路或者那些通過(guò)在線(xiàn)分析儀器的反饋進(jìn)行控制的回路而言還是合適的。 有些緩慢且非關(guān)鍵的流量回路也非常適合利用基于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的控制。

　　關(guān)鍵是要了解過(guò)程的要求，然后再在更新率和電池壽命之間做出正確的權(quán)衡。 有些設(shè)備供應(yīng)商可以提供相關(guān)圖表以對(duì)于電池壽命和更新率之間的關(guān)系做出描述，從而幫助您找到在它們之間的正確平衡，之后再來(lái)決定無(wú)線(xiàn)控制是否適合于某個(gè)特定的應(yīng)用。

　　下一節(jié)：網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間

　　網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間

　　控制系統(tǒng)的性能部分取決于控制回路對(duì)輸入信號(hào)變化的響應(yīng)時(shí)間。這個(gè)響應(yīng)時(shí)間包括測(cè)量信號(hào)從傳感器旅行到達(dá)控制器的時(shí)間，再加上從控制器到達(dá)閥門(mén)或者其它終端控制元件的時(shí)間。

　　信息包從其來(lái)源到達(dá)目的地的過(guò)程中所發(fā)生的任何耽擱都被稱(chēng)作延遲時(shí)間。

　　所有的通信過(guò)程都有一定的時(shí)間延遲。 在絕大多數(shù)的有線(xiàn)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)中，延遲時(shí)間都非常低，甚至可以允許速度非常之快的控制回路。 但是許多用于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的信息處理技術(shù)都會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間，以至于今天的無(wú)線(xiàn)技術(shù)可能無(wú)法適用于要求響應(yīng)時(shí)間以毫秒計(jì)的快速控制回路。

　　為什么會(huì)出現(xiàn)這種狀況呢?

　　在無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域里，隨著從發(fā)送器到接收器(網(wǎng)關(guān)或主機(jī)系統(tǒng))之間距離的增加，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)迅速降低。信號(hào)強(qiáng)度越低，傳輸錯(cuò)誤的發(fā)生率就越高;傳輸錯(cuò)誤反過(guò)來(lái)降低了數(shù)據(jù)吞吐量，增加了信號(hào)抵達(dá)目的地需要的時(shí)間。

　　設(shè)備供應(yīng)商有時(shí)會(huì)安裝一個(gè)八木定向天線(xiàn)以增加信號(hào)增益，從而獲得更強(qiáng)的無(wú)線(xiàn)鏈路。但是這種方法雖然能在某些應(yīng)用中減少延遲時(shí)間，卻成本不菲。

　　避免信號(hào)強(qiáng)度問(wèn)題的另外一種方法是，將信號(hào)通過(guò)其它的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳遞，直到抵達(dá)網(wǎng)關(guān)或者主機(jī)為止。節(jié)點(diǎn)之間的距離更短了，通信的可靠性也隨之提高。內(nèi)置式冗余度，即具有多個(gè)可以傳遞信號(hào)到目的地的節(jié)點(diǎn)也可以達(dá)到同樣的效果。

　　可靠性對(duì)過(guò)程控制非常重要。然而，從節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)之間額外的“跳頻”也同時(shí)會(huì)增加整個(gè)信號(hào)傳輸時(shí)間。 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間可能只有數(shù)微秒之短，也可能在極端情況下達(dá)到一秒到兩秒之久。在某些地點(diǎn)可能會(huì)由于整體延遲時(shí)間太長(zhǎng)而無(wú)法支持快速控制回路。

　　這就是為什么在將無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用于控制之前，您需要首先確定網(wǎng)絡(luò)時(shí)間延遲是否處于可以接受的限制范圍之內(nèi)的原因。

　　下一節(jié)：使用分級(jí)

　　使用分級(jí)

　　我們?cè)诒菊n程中討論的有關(guān)因素，使無(wú)線(xiàn)技術(shù)更適合于某些應(yīng)用類(lèi)型，而對(duì)其它的類(lèi)型則要差一些。 因此，標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)開(kāi)發(fā)出相關(guān)的工具來(lái)幫助用戶(hù)對(duì)其應(yīng)用加以全面的考量，并對(duì)無(wú)線(xiàn)過(guò)程控制的案例加以利用。

　　例如 ISA SP100 委員會(huì)。 這個(gè)委員會(huì)正在為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在過(guò)程工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)，他們定義了六個(gè)使用等級(jí)，幫助您確定無(wú)線(xiàn)技術(shù)何時(shí)可以適用。(關(guān)于SP100委員會(huì)及其工作目標(biāo)的詳細(xì)信息，請(qǐng)參看課程 《無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)》)

　　ISA SP100工作組正在對(duì)幾種類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究。

　　當(dāng)前大多數(shù)的工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)都適合于4級(jí)和5級(jí)應(yīng)用，其中包括監(jiān)測(cè)應(yīng)用。目前無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的典型延遲時(shí)間和更新率都處于這些應(yīng)用的要求范圍之內(nèi)。

　　如果在更新率和延遲時(shí)間方面能夠滿(mǎn)足控制響應(yīng)的要求，那么無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)也可以用于2級(jí)和3級(jí)回路之中。

　　例如，無(wú)線(xiàn)控制在第3級(jí)控制應(yīng)用中可以工作良好――在這些應(yīng)用中操作人員必須離開(kāi)控制室(多半是在剛獲得工作許可之后)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂撇僮鳎鐔?dòng)泵或者打開(kāi)一只手動(dòng)切斷閥等等。 在這些情形下，一分鐘的更新率(如果您希望電池工作可以維持?jǐn)?shù)年之久，這個(gè)更新率會(huì)符合要求)已經(jīng)足夠快了。

　　假如本地電源不方便，或者您愿意更頻繁地更換電池，更新率要求稍快的控制回路也可以用無(wú)線(xiàn)方式來(lái)操作。

　　雖然無(wú)線(xiàn)技術(shù)目前來(lái)說(shuō)尚不推薦用于0級(jí)和1級(jí)應(yīng)用，隨著行業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)和信心的增加，將會(huì)有越來(lái)越多的此類(lèi)應(yīng)用選擇無(wú)線(xiàn)控制方式。

　　下一節(jié)：無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)該用在哪些地方?

　　無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)該用在哪些地方?

　　應(yīng)用無(wú)線(xiàn)方式對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如在那些以前在經(jīng)濟(jì)上和實(shí)踐上都難以做到――如鋪設(shè)電纜的成本超過(guò)收益的場(chǎng)合――會(huì)給您帶來(lái)很大的價(jià)值。

　　通常這些應(yīng)用要求的更新率從每分鐘一次到每天數(shù)次不等。 這些數(shù)據(jù)對(duì)于業(yè)務(wù)優(yōu)化的重要性常常要比關(guān)鍵的安全應(yīng)用或基本的生產(chǎn)應(yīng)用高得多，除了控制系統(tǒng)之外，也會(huì)經(jīng)常跟歷史數(shù)據(jù)記錄器或者資產(chǎn)管理軟件結(jié)合使用。

　　如下圖所示，無(wú)線(xiàn)技術(shù)用于現(xiàn)有設(shè)施的增量監(jiān)測(cè)尤為劃算。在這些設(shè)施中，鋪設(shè)新線(xiàn)路非常復(fù)雜，而且費(fèi)用高昂。然而除此之外，它還可以用于這些設(shè)施中的非關(guān)鍵控制回路，特別是那些對(duì)更新率要求不高的地方，成本效益很高。

　　如果您的無(wú)線(xiàn)技術(shù)供應(yīng)商允許將技術(shù)用于所有用途，您應(yīng)該確認(rèn)其無(wú)線(xiàn)設(shè)備無(wú)需電網(wǎng)電源，電池壽命按年計(jì)算而非按月計(jì)算。 否則，提供電網(wǎng)電源或者頻繁更換電池的費(fèi)用會(huì)將無(wú)線(xiàn)技術(shù)原來(lái)在鋪線(xiàn)和安裝方面帶來(lái)的節(jié)省逐漸地侵蝕掉。

　　隨著設(shè)備供應(yīng)商不斷地提高電源效率并改善對(duì)無(wú)線(xiàn)設(shè)備的管理，利用自組織網(wǎng)絡(luò)增加測(cè)量點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸率將使越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)非安全關(guān)鍵應(yīng)用變得切實(shí)可行。

　　其時(shí)，您可能會(huì)有機(jī)會(huì)為您的設(shè)備運(yùn)作增加成百甚至上千的測(cè)量點(diǎn)，從而對(duì)過(guò)程和業(yè)務(wù)的性能做出改進(jìn)。

　　實(shí)踐指標(biāo)

　　由于無(wú)線(xiàn)技術(shù)在監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用可以提供最大經(jīng)濟(jì)效益，選擇無(wú)線(xiàn)結(jié)構(gòu)來(lái)使成本最小化，使收益最大化可謂順理成章。無(wú)線(xiàn)技術(shù)的選擇應(yīng)遵循：

　　o 支持真正的無(wú)線(xiàn)結(jié)構(gòu)，無(wú)需敷設(shè)電纜或者建設(shè)其它基礎(chǔ)設(shè)施以達(dá)供電或通信之目的。

　　o 無(wú)需費(fèi)用較高的現(xiàn)場(chǎng)勘查來(lái)保證通信的可靠性。

　　o 使用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)傳感器，使安裝和過(guò)程連接更容易，數(shù)據(jù)采集更可靠，培訓(xùn)要求也更低。

　　艾默生公司對(duì)此做了深入的研究和相關(guān)測(cè)試，擁有廣泛的用戶(hù)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，這一切都表明自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以為這些功能提供一個(gè)理想的平衡：用于控制足夠穩(wěn)健可靠，用于監(jiān)測(cè)則成本足夠低廉。

　　下一節(jié)：總結(jié)

　　總結(jié)

　　對(duì)于無(wú)線(xiàn)控制的應(yīng)用應(yīng)有獨(dú)特的考慮。在將無(wú)線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用于最困難的過(guò)程控制問(wèn)題之前，理應(yīng)先在監(jiān)測(cè)和非關(guān)鍵控制應(yīng)用方面，例如開(kāi)環(huán)控制和允許較長(zhǎng)刷新時(shí)間的非關(guān)鍵控制方面取得經(jīng)驗(yàn)。

　　然而，控制能力僅僅是選擇無(wú)線(xiàn)結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮的事項(xiàng)之一。 由于無(wú)線(xiàn)技術(shù)在監(jiān)測(cè)應(yīng)用方面可以提供很大的價(jià)值，選擇一個(gè)無(wú)線(xiàn)結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后既可用于控制，又可用于監(jiān)測(cè)將是十分有利的。大多數(shù)利用自組織網(wǎng)絡(luò)的廠(chǎng)內(nèi)無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案都足以在提供控制功能的同時(shí)提供監(jiān)測(cè)功能。 一個(gè)良好的、靈活的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)將會(huì)以十分經(jīng)濟(jì)的方式滿(mǎn)足您所有的應(yīng)用需求。