无线传感器应用及无线网络发展趋势

　　使用工业无线网络的原因在很大程度上是由于要代替电缆。在各种原因而无法使用有线通信时，无线是一种替代方案。也许过去的成本昂贵，或者电缆不适合在有害区域运行。由于有了这些类型的应用，无线网络在过程工业过去的二十年中牢牢地占有一席之地。
　　现在我们开始看到使用的无线网络的类型在变化，以及应用的不同类型。这种转变是从用户的需求角度来看，而不是从纯粹的技术能力。

　　根据无线工业网络联盟（WINA）的最新调查显示：当今，无线技术最大的用途是在资产管理和状态监测。通过使用无线传感器，可以定位在任何地方的设备，维护人员可以从该设备获得有关其状态的数据。
　　无线技术的第二位应用是：渐进的过程测量 – 温度、压力、液位和流量是过程行业传统的测量变量。这在很多地方不难想象，比方说，炼油厂或水处理设施，从以前在某些过程段一直无法收集数据，到逐渐能读到的温度是很大的进步。当然，如果你不得不挖了一条100米长的沟，让部分工厂停止运行几个星期，这就不划算了。但是，如果你能很容易地把一些无线传感器放在工厂的这一部分，这有很好的性价比，这是有效渐进的过程测量。这样的一小步肯定能帮助你提高效率，从大的过程方面来看时，像炼油厂，在最终的结果中包含了巨大的综合效益。
　　无线传感器，也许，在过程行业中能节省大量的资本开支，尤其是当你考虑到建立传感器网络的潜在收益。当你从计划上开始把成千上万的设备放入工厂或炼油厂时，你就开始看到相比于硬接线节省的资金。这已被记录在案。例如，使用直接安装在扎辊上的温度传感器能够获得精确的温度，使钢板的表面光洁度提高了几个百分点。在质量中的这个小改进意味着在整个过程中节省了数百万美元的资金。

　　无线技术第三个流行的趋势是支持移动操作员。而且很容易明白为什么：在每一站采用以太网连接测量是过程工业中的一大进步。
　　第四和第五位的是语音/视频/数据和资产跟踪。这些类型的无线应用已经有很多年了，由于他们的成功而会继续部署，所以他们跻身于应用的前几位并不奇怪。
　　令人惊讶的是在2011 WINA调查中排在第六位的应用 -- 控制。这令人惊讶是因为无线控制在之前调查中从来没有排名。然而现在，13％的受访者认为：控制是他们无线技术的“顶级应用”。在采矿业，无线的泵控制已经存在了许多年，因为没有其他办法可以真正做到这一点。这个结果表明：在过程行业的人正开始尝试使用无线闭环控制。
　　无线传感器应用
　　如果你工作的地方没有大量的 – 或任何的 -- 无线传感器，你可能会怀疑无线传感器网络的可行性。为了帮助说明无线传感器在整个行业的存在情况，下面介绍无线传感器应用的几个例子，它们如此普遍，都可以成为教科书中的经典用例。
　　·无线限位开关网络通常用于防止液体储罐的溢出。他们的操作很简单：当油箱填满时，液面造成限位开关的位置变化，无线限位开关会发送一个信号给泵控制器启动泵开启，使液位降低。当液位下降到安全水平时，开关会发送一个信号给控制器，使泵停止运行。

　　·石油管道的安全和保障主要由无线传感器网络来处理，根据史蒂夫μ托特达，他是库柏工业公司无线事业部的副总裁兼总经理和无线工业网络联盟（WINA）的主席。 “我们在墨西哥做了很多工作，监视和维护石油管道，”他说道。 “在这些应用中，有多层网络，其中的传感器网络用于连接管道仪表捕获数据，并通过高层网络发送至控制系统。结合各种技术 -- 有线、无线和蜂窝 -- 确实把无线带到了最前沿，这样你可以混用多种技术来监测20-30公里的管道。把这种方法进一步扩展时，你可以有效地监测数百公里的管道。
　　·一家大型的制药企业最近决定将研发设备的所有仪器，如孵化器和深冷冰箱，连接到公司的控制系统，实现全天候监视。很多这样的设备有脚轮，很难用线缆来连接他们，因为他们需要到处移动。该项目仍在进行中，在该公司的研发园区中，目前有近2000台设备配备了无线传感器，占地约1.5公里。
　　过程工业的无线协议
　　无线HART协议，由HART通信基金会发布；ISA 100.11a协议，由国际自动化协会发布。两者正在为启动的欧洲和北美智能仪表争夺主导权。对最终用户的问题是：这两个标准不能一起工作。此外，第三个标准 -- WIA-PA，由中国发布，这进一步造成了亚洲市场的复杂化。
　　随着仪表的多样化，多数过程设施使用混合的有线网络，但无法整合两个主要的无线标准，这使无线领域更为复杂。不像有线仪表，如果想混用不同品牌的无线现场设备获得测量的最佳组合，你现在没法做到。你必须用两个独立的主机系统与两种不同类型的现场设备通信。而他们来自不同的供应商。
　　在许多方面，无线HART和ISA 100.11a是一样的。它们用相同方法设计，服务于相同的市场。在应用层，它们执行相同的功能，并具有相同的收益。ISA 100.11a和无线HART使用相同的IEEE 802.15.4无线电硬件。两个协议都使用设备描述语言（DDL）和设备描述文件。两者都可以省去很多plc的I/O硬件、布线和相关的原理图。
　　两种协议之间的主要区别是在协议的应用层规范。无线HART，例如，指定HART作为应用层，而ISA100.11a未定义应用层。这意味着ISA100.11a应用层的数据可以使用基金会现场总线（FF）、Profibus、Modbus、HART或其他协议进行传输。虽然这使得ISA100.11a标准非常灵活，但客户必须决定使用哪种协议。无线HART在应用层中仅指定HART，通过使用单一的数据规范提供了简单的通信，这意味着在网络上的数据通信：定义明确且容易理解。
　　现在正考虑集成两种无线协议的可能性，阻碍融合的障碍似乎在于商业而非技术。虽然两个协议是相似的，都已有了很大投资，供应商和早期用户已经存在，产品认证程序也已建立。两种协议都已开发出产品销售。旨在赢得更多客户和供应商合作伙伴的营销方案都在高速运转。双方都认为自己的做法是“正确”的，而其他人则需要过来看看他们的思维方式。