浅析工业自动化中无线技术.docVIP

浅析工业自动化中无线技术 　　【摘要】通信及传感器技术的发展，加快了工业自动化前进的步伐。作为一种通信手段，无线技术具有广阔的应用前景。本文介绍了工业自动化中无线通信的优点，阐述了两种典型的无线技术zigbee和UWB的特点及其在检测、监视、无线传感器网络等领域的应用，并对二者进行了对比。 　　【关键词】无线；工业自动化；zigbee；超宽带 　　关注工业自动化一定会关注无线通信在工业广泛领域的应用前景“而无线通信涉及的技术极其广泛和复杂”其中，由于无线传感器网络是工业测量控制的基础性技术，所以才引起了众多科技工作者持久的研究开发热情。本文介绍了工业自动化中无线通信的优点，阐述了两种典型的无线技术Zigbee和UWB的特点及其在检测、监视、无线传感器网络等领域的应用，并对二者进行了对比。 　　1 无线技术的优点 　　1.1节约成本，建立方便。有线通信的建立必须通过物理链路，布置线缆费时费力，有时，由于某些工业环境（如高温高压）及其地理位置（如经过湖泊、林区等）的特殊性，不易布线。即使建好以后，还易遭受雷击、环境的腐蚀及鼠虫的啮咬：一旦出了故障，不但不易查找，维修起来也很不方便。相比而言，无线技术就要便利的多，无需布线，故障诊断也很容易，可以借助网络进行远程诊断。 　　1.2追加节点，扩展性强。一个通信网络建好以后，往往因为某种原因增加新的设备节点，如果采用有线方式就要追加布线，更极端的情况可能破坏原来的通信链路。但是，如果采用无线组网，就可以在已有的无线网络的基础上，增加无线接入点（wirelessAccess Point WAP），修改少量的软件设置就可以达到扩展节点的目的。 　　1.3移动灵活，不受限制。对于工业无线网络的节点而言，只要它能执行自己的功能，可以把节点放置到某个工业区域的任何地方，物理移动有着很大的自由性。 　　1.4抗干扰强，安全可靠。无线技术有自己的安全协议，有独特的加密算法，不易被窃听：由于采用了扩频或跳频技术，具有很好的抗干扰性，这在恶劣的工业环境中极为重要。 　　基于上述的种种优点，无线技术在工业领域引起了愈为广泛的关注。随着各种新鲜???无线技术的诞生，无线技术在工业自动化领域正展现着美好的应用前景。在这些技术中，Zigbee和UWB无疑是最耀眼的两项。 　　2 Zigboe的优势极其应用领域 　　Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域，是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制而制定的。Zigbee是IEEE 802.15.4技术的商业名称。该技术的核心协议由2000年12月成立的IEEE 802.15.4工作组制定，而高层应用、互联互通测试和市场推广由Zigbee联盟负责。Zigbee联盟成立于2001年8月，目前包括英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司和荷兰飞利浦半导体公司等在内的百余家著名企业。 　　Zigbee的协议主要由物理层、数据链路层、网络/安全层、应用框架及高层应用规范构成。其中IEEE802.15.4负责物理层和数据链路层标准：Zig bee联盟负责网络层及应用层的研发。Zigbee协议栈下图所示。 　　2.1 Zigbee技术的主要特点如下： 　　2.1.1功率消耗低。相对于其他的无线技术或者有线的通信技术，zigbee可以使用两节5号电池支持在待机模式下使用6个月以上，这也是最令Zigbee设计者自豪的事，也是其在市场竞争中最大的优势。 　　2.1.2成本低廉。从协议内同来看，zigbee协议简单，数据传输的速率低，这在一定程度上降低了成本，按照市场发展的规则，zigbee具有广大的发挥空间。 　　2.1.3容量大、范围小。按照测试结果，zigbee的网络科容纳节点达到65536个，但其有效覆盖的范围仅达到10～75m，相对较小。 　　2.1.4频段灵活多变。zigbee使用的工作频段较多，而且可变，重要的是其采用的频段均是免执照的频段。 　　2.1.5安全可靠性高，转变速度快。根据Zigbee的协议，其提供了更加完整的检查和鉴定功能，采取了加密的算法，避免碰撞等情形的发生，而且在设计的时候也为出现意外而预留了空间，避免冲突。相较于其技术，zigbee从休眠进入工作的状态转变速度非常快，可以应对工作的不同要求。 　　2.2 Zigbee应用的工业领域 　　zigbee主要应用于数据传输速率不高的各种电子设备之间，如医疗护理（监视器和传感器）和工控（监视器、传感器和自动控制设备）等。其中最典型的应用是自动抄表系统。目前GPRS/CDMA无线抄表系统成本相对较高，而且还要向电信运营商支付一定费用，另一种电力线联网（PLC）技术运行则不十分稳定。比较而言，应用Zigbee网络的抄表