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 概述

    也許您曾經想過無線網絡的應用，但是您聽到的說法讓您猶豫再三。您的同事告訴您，無線應用不但復雜而且昂貴。您的老板提到可靠性和升級的問題。或者，在您最后一次參加的技術會議上，與會者提到了太多太多的安全風險問題。

    雖然各種形式的無線技術應用已經超過了一個世紀，無線網絡在過程工業中的應用仍然只是新鮮出爐。同其它技術剛剛出道時一樣，無線技術的產生也伴隨著若干的謬論和誤解――其中有些是基于其他類型的無線技術方案，例如移動電話、PDA，或者早期“試用版”的無線技術服務。

     近幾年來，無線技術的發展收獲頗豐。 供應商和使用者也學會了不少關于如何將無線技術成功應用到過程操做上的學問。因此，大多數謬論和誤解背后的疑問都得到重視，并一一做出解答。
 
    既然有很多疑問卻又能帶來許多收益――這些謬誤確實值得我們更加仔細地研究一下，因為他們可能會阻礙您對無線技術的應用。在本課程中，我們將揭示那些最常見的謬誤，并告訴您為什么您今天就可以將無線技術應用到您的工作當中。
提示

在您閱讀本課程內容的同時，請留意下面這些問題的答案：

哪種無線網絡最容易安裝？

 
您期望的應用無線技術的網絡可靠性有多高？

 
您期望無線設備使用的電池可以使用多長時間？

 
無線網絡的安全同傳統的有線網絡相比如何？

準備好開始了嗎？ 請點擊下面的“＞”符號開始您的閱讀吧。

下一節：常見的謬誤

常見的謬誤

 如何將無線技術應用到過程自動化的復雜世界當中，引起了眾多關注，而絕大多數關于無線技術的誤解都與此有關。
 
1. 無線系統很復雜： 我理解有線系統，但是無線系統太復雜了。

2. 無線設備難以安裝: 我知道如何鋪設電線和管道，但是無線系統的安裝需要特別的技能。 我也不想去做費錢費事的現場

    勘測，然后再決定哪里才能夠成功配置無線設備。

3. 無線系統可靠性差： 有線系統更加可靠一些。 我不想因為有干擾或者障礙而失去信號。

4. 電池持續時間太短：我不想因為不得不每個月或兩個月就更換一次電池而頭疼。

5. 無線系統不可升級： 無線網絡擴展能力有限。 我需要隨時隨地很方便地添加更多的設備。
 
6. 無線系統不可用于控制: 對我的許多控制環節而言力度不夠，更新率太低。

7. 無線系統不安全： 不像有線系統，無線網絡很容易遭到惡意黑客的攻擊。

8. 無線裝置不能同我的老式主機系統進行整合： 我的傳統DCS系統不夠智能化，無法談及“無線應用”。

9. 沒有現場網絡的工業標準： 我對應用專用協議很不習慣。況且有那么多的無線標準，我怎么知道用哪一個?
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讓我們一起揭開每種謬誤后面的事實吧。

下一節：謬誤之一: 無線系統很復雜

 謬誤之一: 無線系統很復雜

    事實上是，要利用無線服務和網絡，您用不著非要成為技術奇才。 無線技術雖然同有線技術有所區別，但是一點兒都不難。

    還記得在過程工業里從4-20mA標準轉為HART，后來又改為現場總線的歷史嗎？您也許需要學一些新技術，但是過程自動化通訊的概念并沒有多大變化。 從有線到無線的轉變亦是如此。 有些新詞語出現了，但是基本的功能卻還是相似的――本課程就是要幫助您完成這一轉變。
 
    讓我們來看一下一些常見的有線和無線術語之間都有哪些相似之處。

    例如，電壓降和衰減基本上都指的是功率的損失。 電壓降是由于在有線連接的回路中存在電阻或阻抗而導致的電功率部分損失。衰減是無線信號在空氣中傳播，在到達目的地之前的信號強度損失。不同的術語，相似的概念。 
對基本網絡的組成元件來說，情況一樣： 在有線現場網絡中，發送器連接到接線盒，然后從這里將集合的數據發送到過程控制網絡。在無線現場網絡中，單獨的無線設備同網關進行通信――然后將數據發送到另外一個網絡或者主機系統，例如DCS。

    要了解更多關于無線結構的組成，請參看關于網絡構成部件的課程.

下一節: 謬誤之二: 無線設備難以安裝

謬誤之二: 無線設備難以安裝

    這個謬誤中存在一個明顯的誤解：其實使用無線現場網絡，完全不必鋪設到各個設備的電纜――跟有線系統比較起來, 這就已經使安裝簡單不少。事實上無線技術最吸引人的地方，就在于它避免了復雜性，降低了成本，而這些正是有線系統的缺點所在。
 
    并且，由于一些銷售商提供的無線設備同傳統的有線HART設備具有同樣的程序連接， 因此您可以通過現有的步驟來完成安裝。 同時，您還可以使用跟傳統的有線HART設備一樣的配置工具來對傳感器進行組態。

    有些類型的無線現場網絡的確不如其他類型一樣易于安裝。 在那些傳統的點對點無線技術方案或者那些對網絡可靠性要求比較高的應用中，必須進行現場勘測以便確定目視通訊路徑。 這些勘測費時較長，尤其當設備或其他障礙對有效的通訊路徑造成障礙的時候為甚。

    但是隨著自組織無線現場網絡的使用， 復雜的安裝計劃和成本較高的現場勘測已經毫無必要。 只要每個設備或者網關處于至少另外一個設備的范圍之內，它就可以在分配的網絡上進行通訊。

    只需將每個設備放置在最需要的位置（例如，靠近測量點），如果沒有直接通向網關的視線路徑，其他范圍之內的設備可以作為中繼傳遞信號。

    安裝一旦完成， 自組織無線網絡內的授權設備將自動加入網絡并開始通訊。 網絡也將對應環境變換進行自動調整。 所以即使在初裝之后，您仍然可以很方便地增加、移除、更換或者重新定位設備和網關，而不會造成通訊中斷。

    關于此主題的更多內容，請參考自組織網絡的規劃與安裝課程。

下一節：謬誤之三： 無線系統可靠性差

謬誤之三：無線系統可靠性差

     您的工藝流程太重要了，以至于不能承受丟失數據的風險。這就是為什么網絡可靠性――實際抵達目的地的信號比例――如此重要的原因。您希望這個百分比越高越好。

    乍看上去，無線技術最初的特性具有增加風險的趨勢。畢竟在發送器和接收器之間沒有任何實質的有形的可靠連接，數據的傳輸是以無線電波的形式在空氣中進行的。典型的工廠內都有各種各樣的障礙來擾亂信號傳播――從臨時建筑腳手架到由附近設備帶來的射頻干擾都會帶來這種干擾。

    很不幸，對于點對點無線現場網絡而言這些干擾的確是個問題。 這些設備每一只都需要具備一條直接的、可以目視的通訊路徑抵達所分配的網關。因此這些點對點技術方案的實際安裝可靠性只能達到40％一點兒也不奇怪。

    另一方面，自組織網絡具有與生俱來的可靠性。它的可靠性達到99％――在所有的無線技術方案當中是最高的。 這么高的可靠性是因為一旦某一條通訊路徑因為某種原因被打斷或失效，那么網絡會自動尋找另外一條路徑來傳遞信號。

    最值得稱道的是，它的可靠性隨著網絡的擴展而增加――設備越多，通訊路徑也越多，信號要抵達目的地的機會也就越大。

關于此主題的更多內容，請參考關于自組織網絡的課程。

下一節：謬誤之四： 電池持續時間太短

謬誤之四：電池持續時間太短

    真正的無線設備無需為通訊或者電源鋪設線路。但是傳感器和無線信號總是需要電源的，所以電池便成為了最常見的電力來源。

    電池需要定期更換，這沒錯――但是不像過去那么頻繁，也不像您所想象的那么經常。 典型的情況下，電池壽命按年計算。 事實上，有些新的無線網絡設備可以工作5－10年之久，甚至更長時間而無需更換電池。

    通過為您的網絡正確地選擇無線技術、傳感器、電源和電源管理技術，您可以有效地減少電源需求（并因此減少與電池相關的維護）。

    尋找合適的供應商，有些供應商可以幫助您根據應用要求在電能消耗方面做出平衡。那些在設計產品時總是不忘對能源效率加以考慮的供應商會很高興地告訴您，他們使用的是何種技術――從低能耗電子線路到經過優化的設備睡眠模式，再到能量搜集技術，一直到HART數據的高數據低能耗傳輸等等。

  關于此主題的更多內容，請參考本系列中關于電源管理的課程。 
 
  下一節：謬誤之五： 無線系統不可升級

謬誤之五：無線系統不可升級

    無線網絡的升級只有在您選擇了錯誤技術方案的情況下才會成為問題。
 
    對點對點無線現場網絡來說，每臺設備都必須直接同指定的網關進行通信，所以會受到從設備到網關的傳輸距離范圍以及網關可處理設備數量的限制。這種無線網絡經常要求在工廠的各個角落裝設昂貴的基礎設施。
 
     當網絡內所包含的設備較多的時候，某些糾錯技術也可能隨著通訊“重新發送”而造成網絡阻塞。
但是自組織網絡不存在這些限制。
 
     每臺設備都可以同其他設備之間進行通信，所以信號可以通過設備至設備進行傳播，直到抵達距離可能遠遠超過任何單只設備的發送距離的網關。
 
    從大量設備發送來的信號可以經過離網關最近的數臺設備進行傳遞，這就極大地增加了每個網關可以處理的設備數量。
 
    通信時間可以進行設定，以避免信號產生可能導致大范圍網絡阻塞的“碰撞”。

    典型的網絡擴展非常簡單，只需增加更多設備即可。自組織網絡自動識別經過授權的新設備，并開始通信。 事實上，設備數量越多，網絡能力越強，因為數據傳輸的潛在的通信路徑增加了。
 
下一節： 謬誤之六: 無線系統不可用于控制

謬誤之六：無線系統不可用于控制

    有些控制應用要求以每數毫秒一次的頻率更新信號。對于第一代無線技術方案而言這是不現實的，因為要進行頻率如此之高的信號更新會降低電池壽命，除非您愿意每幾個月即更換電池或者干脆通過硬線連接至電源――這樣成本就會大大增加――所以更新頻率會比有線系統更低。 這也是為何現在的關鍵控制和安全回路不使用這些無線方案的原因。

    但是強健的無線技術可以應用于某些類型的控制之中――特別是當選擇的技術方案在等待時間和信號更新方面可以滿足要求的時候。 典型的應用包括開環控制和允許較長刷新時間的非關鍵控制等等。
更新率、網絡等待時間和電源管理技術隨著技術進步必然會相應改善，從而為更多的無線技術控制應用敞開大門。

下一節：謬誤之七――無線系統不安全

謬誤之七――無線系統不安全

    安全問題可能是工廠應用中對無線技術的最常見的關切。 事實是：這種關切作為催化劑催生了更巧妙的技術和最好的實踐，使正確工作的無線網絡跟傳統的有線網絡相比同樣――甚至在某些情況下更加――安全。而這些有線系統的設計和安裝，同今天對潛在安全威脅和相應安全措施的理解相比，已然落伍。當然了，要獲得如此水準的安全效果，您需要在網絡規劃和執行方面做出正確的選擇。
 
    提前規劃。在開始的時候就對安全問題加以考慮，事后才想起就不一定會安全了。
 
   尋找能提供整套安全措施的網絡元件――包括加密技術、鑒別、核實、關鍵管理和抗干擾措施等等。
 
   同內行的供應商合作。這些供應商致力于在程序執行和數據的保護方面的研究并相應設計他們的無線產品。
 
   堅持開放標準。 這樣您將會從別人所做過的工作中受益――并將繼續受益――提高穩定性、安全性，還可以增加新的功能。
 
遵循最成功的實踐經驗來維護安全。 正確選擇供應商可以保證無線安全容易實現，但是要保證通信安全卻是您的責任。
關于此主題的更多內容，請參考關于安全的課程。
下一節：謬誤之八――無線裝置不能同我的傳統主機系統進行整合
 謬誤之八――無線裝置不能同我的傳統主機系統進行整合

無線網絡對于過程自動化是個新事物，但對于您的傳統DCS、PLC、歷史數據記錄器或者其它的主機系統就不是了。讓他們彼此之間進行對話會產生什么問題嗎？
不會的。 假如您使用的網關設計可以同多種主機系統無縫整合――而且不要求使用特別或專用的軟件。
網關可以對一系列通信方式提供廣泛的支持，包括：
 
DCS 和PLC使用的Modbus 和RTU.
 
DCS、PLC和HMI 使用的Modbus和TCP
 
歷史數據記錄器和HMI 使用的OPC
 
資產管理系統和廠內局域網的其他應用使用的以太網
 
用于組態和簡單監控，基于瀏覽器界面的HTTP。
 
用于大量數據傳輸的XML和CSV.
當然了，建于開放標準之上的數字自動化系統可以使無線整合更加容易。
不要讓這個謬誤妨礙您從無線技術的應用中獲取利益――不管您工廠內的主機系統如何古老。
下一節：謬誤之九――沒有工業標準

謬誤之九――沒有現場網絡的工業標準

    標準是一種重要工具，可以用來保證系統兼容性，并為您在自動化方面的投資提供“未來的保障”。 但是隨著無線技術的迅速發展，產生了許多不同的無線標準。太多的標準跟沒有標準一樣令人頭疼。
 
    然而近來，HART通訊基金會和ISA正在形成過程自動化方面的無線技術標準，優勢互補，成為業內翹楚。 HART。 同幾十年前HART協議第一次在過程自動化的世界里為模擬和數字兩種模式架起溝通的橋梁并無二致，HART基金會的工作又將再次架通無線和有線世界。無線和有線HART部件之間的互操作性可以幫助保護您在安裝方面的投資，同時保證新加入的無線設備的無縫整合。

    ISA SP100。 ISA SP100委員會受特許開發一套經過推薦的操作方法，以便在現場層次的控制和自動化方面實行無線技術。 目前這個委員會正在積極地開發一套方針和原則，以幫助用戶最大程度上利用無線技術的價值。

     同支持這些新興標準的供應商合作將有助于您保證無論現在還是將來，您的無線技術方案都能夠滿足要求。 另外，許多經過驗證的標準，例如802.11Wi-Fi標準和802.16WiMax 標準早已存在，而且今天正在為將無線技術應用于工廠局域網和過程控制網絡提供服務。

關于此主題的更多內容，請參考無線標準課程。

下一節：總結

總結

    隨著人們對無線網絡的工作有了更好的了解，更隨著技術進步，曾經阻礙無線技術采用的謬誤和懷疑正在消失， 而無線網絡技術也同時獲得了更好的發展勢頭。

    本課程中您學到無線技術的易于執行、高升級能力、良好的可靠性以及設計時即采取的安全措施可以極大提高無線應用的“舒適水平”。您同時還學到，要組態一個無線網絡并不意味著您必須另起灶爐。 正確設計的無線設備可以很容易地整合到現有的系統里去。 最后，如果您堅持開放標準，同專業知識豐富的銷售商合作，您最終會發現您是最后的贏家。

下一節：測驗

測驗

下述問題可以幫助您回顧在本課程中學到的知識。

每個問題都只有一個正確答案。 每回答正確一次，您會贏得一個寶貴的獎勵點數。
準備好了嗎？ 請點擊下面的“＞”圖標。
下一節：問題1

測驗――問題1

在實際安裝條件下，無線設備使用的電池可以持續多長時間？

 數天

 數星期 

 數月 

 數年

  在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“數年”。

由于結合了提高能量效率的工藝技術，電池壽命可以持續數年。

測驗――問題2

一個堅固耐用的自組織無線網絡，其可靠性是

 25%

 低于 40%

 高于 99%

 以上都不是

 在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“大于99％”。

自組織網絡在所有的工業用無線技術方案中可靠性最高――一般高于99％

測驗――問題3

典型的無線網絡的測量更新率適合：

 關鍵控制回路

  安全儀表系統

  監視和非關鍵/允許較長刷新時間的控制

  以上都是
 
  以上都不是

  在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起正確答案是“監視和非關鍵/耐延遲控制”。

目前第一代無線技術方案的更新率可以作為監視和有些類型的控制之用，但是用在關鍵控制和安全方面仍不夠快。

測驗――問題4

在下述哪種通信方法中網關應能和主機系統進行通信？

 Modbus

 OPC

 Ethernet

 HTTP

 以上都是

 以上都不是

 在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“以上都是”。
 
對常見通信協議的支持對于無線網絡數據和主機系統的無縫整合非常重要，特別是對于老式主機系統而言。

測驗――問題5

正確與否： 無線網絡不如有線網絡安全。

 正確

 錯誤

 在選擇答案之后，點擊“＞”圖標繼續。

正確！/對不起，正確答案是“錯誤”。

    內行的供應商 如今都能夠在提供無線技術的同時，將先進的安全措施進行“植入”。 許多有線網絡，在最初設置的時候很少考慮到安全問題－－時至今日被人們認為成了馬后炮。

 
祝賀您完成了本課程！您的測驗結果顯示在左側表格內。

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