菲尼克斯电气Trusted Wireless技术及其产品应用

2009年10月12日

摘要：本文分析了无线技术的应用场合和所带来的好处，并针对Trusted Wireless技术及其应用案例进行了详细介绍与分析。
关键词：无线，Trusted Wireless,应用
Abstract：
This paper analysis the application field of wireless technology and the benefit which it brings to the customers. Especialy for Trusted Wireless technology, do a detailed description and introduce the applications based on it.
Keywords：
Wireless,Trusted Wireless,Application
   　随着工业的飞速发展，新技术的应用也越来越广泛，工业通讯系统和安全控制技术是当今国际工业自动化领域技术发展的热点。现场信息化的发展和先进的远程现场设备诊断使设备从被动性维护向主动性维护发展。目前,随着无线技术的革新,工业领域的技术人员都在研究“配置使用无线技术的可行性”,以达到“风险最小化,资产使用最优化”的目标。《控制工程》曹炜先生就提出预测:“无线技术在控制领域的大规模普及应用将在2010 年左右。目前在国外,自动化的巨头正在积极地从事无线产品的开发。在国内,首先需要对应用市场进行培育与培训,消除用户对无线方案的疑惑,意识到无线技术的独特优势,以迎来普及应用的一天”。
   　无线技术并不是万能的，不能完全替代有线方式的应用，但它作为有线方式的最好的、最有益的补充之一，在特定的工业控制领域起到其独特而无法替代的好处，而由有线和无线的无缝连接实现的工业控制网络也必将是今后工业控制领域的一个趋势。
   　那么在哪些场合我们为了“主动的维护”和“风险最小化,资产使用最优化”要去考虑“配置使用无线技术的可行性”呢？那么您是否在工作中遇到过以下情况：信号线需要穿越高速公路、铁路、河流等；信号需要从偏远、荒芜的地方传到控制室，长距离布线的人力和物力成本很高；旋转、移动的机械或设备信号时断时续，后期维护成本高昂；许多仪表、设备位于有爆炸危险、高污染、干扰强烈或高辐射的区域，维护、调试极易造成人身伤害或财产损失；在大型化工厂，大量的传感器分散于广阔的区域，，其中绝大多数很难接线……无需多言，在这些情况下，无线解决方案无疑是您最佳的选择。无线电磁波经由开放空间内的传输，大大减小了耗时而高成本的安装，它借助所使用天线的发散特性，无线信号可覆盖大面积的户外区域或内空间，能够穿透或覆盖无法进行线缆安装的区域，保证设备在信号范围内的自由移动和网络接入，而不受安装的限制。同时无线传输无阻抗、无污染、微功率而又不受常见电磁干扰，同时是免维护的解决方案，与硬件成本相比，其潜在的节省更大。
   　对于所有的无线技术而言，可靠性、简单性、功效、传输范围和成本是比较、评估和选择工业无线技术的五个最重要的指标。每个指标都以独特的视角展示了某个技术的优点。为确保针对给定应用选出了最合适的无线技术，在比较不同技术的优缺点时，须对这些指标逐一进行考察。
   　在这里，可靠性是指无线系统在存在各种工业障碍的情况下成功完成通信的能力。我们可以根据无线系统的射频频谱、接收灵敏度（收发器完成通信需接收到的最小信号水平）、输出功率（能够输出的信号水平）、射频捷变能力（为避免干扰而在射频频谱中移动的能力）、抗干扰度（在存在干扰的情况下在给定频道中通信的能力）来进行评价。
   　对于无线产品，灵活性和可编程能力通常会增加其复杂性，因而，开发环境和工具(包括硬件工具和软件工具)必须便于使用和理解，尽可能最大化实现其作为接口的功能。
   　功效是对无线系统功耗水平的一种度量。好的无线产品应该是低能耗，比原有系统更加节能的系统。这也是衡量无线技术可靠性的一个重要标准。
   　传输范围是无线电信号可以传输且被接收器可靠编译成数据的距离。而它又取决于无线传输的频率、传输功率、速率和芯片灵敏度等因素。
   　成本是性价比衡量指标的组成之一，综合的成本更加的合理，是构成好的无线产品的重要因素之一。
   　菲尼克斯电气作为电气连接和电子接口及工业自动化技术领域的世界市场领导者，拥有Trusted Wireless、Bluetooth、WLAN、GSM/GPRS和WirelessHART技术的无线产品，可以提供覆盖现场层、控制层和管理层的完整无线解决方案。并在电力、冶金、船舶、化工、交通、汽车制造、机械制造、烟草、水处理、物流、信息与通讯、市政等行业和领域取得了成功的应用。
   　特别是菲尼克斯电气的Trusted Wireless技术是专门为流程工业设计研发的无线通信技术。为了保证流程设备极高的运行可靠性，流程工业企业所使用的无线通信技术应该有很高的可靠性。为此，Trusted Wireless无线通信技术也采用了FHSS跳频技术。在这一跳频技术中，发射频率固定不变，都是27ms变换一次。在2.4GHz~2.4835GHz的频段中有800多个通道可供使用，所使用的通道和通道系列形成了一个跳频表，成为各个系统共同执行的通信规则。从而允许成百上千的无线通信系统在非常接近的地理位置处同时进行无线通信，并且保证互不干扰。共存性是工业无线通信领域中一个非常重要的要求，这一要求既适用于不同的产品使用一种相同的无线通信技术，也适用于使用不同无线通信技术的产品。通过所谓的“频带锁定”功能，可以使Trusted Wireless系统留出WALN系统的频带宽度，从而使得Trusted Wireless系统、蓝牙系统和WALN系统之间具有更好的共存性。
   　同时，在Trusted Wireless无线通信技术协议中，采用了多种不同的安全技术措施保障传感器信号传送的可靠性。其中包括利用CRC循环冗余校验对接收器的正确性进行检验。除此以外，发送出去的传感器信息也带有信号源校验，使得信号接收器只能接受允许它接受的信号。集成的FEC预前纠错计算技术也进一步地提高了无线通信连接的质量和稳定性。利用FEC技术还可以对信号传送过程中出现的异变进行校正。视周围的环境，Trusted Wireless无线通信技术可以传送信息的距离在几百米到几千米之间，在可视无遮挡的地理条件下点对点可以达到10km。
   　让我们了解一下基于Trusted Wireless技术在无线传输IO信号，MODBUS RTU和PROFIBUS的具体应用案例
1、泄露检测

应用描述：
　MOBIL公司输油管道。现场设有三个监测点，监测是否有泄露发生，及时发现石油传输过程中可能会出现的泄露，避免损失和可能出现的安全隐患。
解决方案：
　三套单向无线传输系统，实现每点4…20mA信号的无线传输。
解决的问题：省去了信号线布线的时间和成本，免除了后期线缆维护和更换的成本，特别避免了人为或动物对电缆的破坏。
2、原料场堆取料机控制

应用描述：
　冶金行业的原料场、水泥的原料场、采矿场、港口、电厂输煤等场合都需要有堆取料机进行堆取料操作。传统的堆取料机都有两个卷有柔性电缆的大转盘，一个是动力电缆盘，另外一个是控制电缆盘，当堆取料机往复运动时，需要拖拽柔性电缆，两个转盘随之转动。（如下图）
但是如下图，在冶金原料场所拍到的图片一样，在这些原料场或者矿场，现场的环境是比较恶劣的，柔性电缆在这样的环境下被来回拖拽，极易损坏。而在生产过程中电缆被损坏，会影响正常的生产进程。同时柔性电缆价格昂贵，有的高达几百元一米，正常情况下，即使电缆没有被损坏，每一年半到两年左右也要更换一次柔性电缆，所以电缆的后期维护和更换成本非常高。

解决方案：
　采用基于菲尼克斯电气Trusted Wireless技术的双向无线IO传输系统替代原来的柔性控制电缆，现场柔性控制电缆已经被剪断（下图所示）

　取而代之的是在控制室和堆取料机驾驶室的无线收发系统（如图1-4依次为控制室收发器及天线、控制室收发器、堆取料机驾驶室及堆取料机驾驶室天线）。

解决问题：
   　用于移动的机械控制，使用约4年的时间，效果良好，无任何问题出现，无需再定期更换柔性电缆，解放了劳动力，省去了后期的维护成本，提高了效率。无需担心信号的突然的中断，影响企业生产。
3、贵州开磷矿肥消防高位水池监控
应用描述：
   　信号从高位水池传到控制，现场布线成本将非常之高，如开挖地沟，布线等。并且线缆如果被破坏，很难查找到具体短线位置。而高位水池主要是用于山下化工厂消防使用，对水池的水位的监控至关重要。