无线通信技术在工业自动化领域中的应用

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摘要：随着无线通信技术的发展和普及，在工业自动化领域内无线通信技术也被利用和重视起来，对于信号传输位置的不定、距离较远、布线施工不便和有线传输成本高昂等，应用无线通信技术具有很大优势。

关键词：无线通信，自动化，工业应用

中图分类号：TN830文献标识码： A

引言：

随着现代化高速发展的步伐，计算机技术、电子技术、生产加工技术和网络信息技术的发展也是突飞猛进，工业自动化测量系统技术的发展亦是日新月异，其可靠度和功能性也是大大提高[1]。但随着这种前进的步伐基于有线网络的测量系统技术也体现出自身的不足之处，特别是在恶劣环境的施工现场或是高温、易腐等的环境中更加体现出有线测量系统技术的弊端；而且有线网络测量系统的投资成本大、维护不方便，不利于成本收回等。因此无线通信测量系统技术更能适应现今工业自动化领域中的测量，因为其具有组网灵活、扩展网络性能优，维护方便、投资成本小等优势，这也是无线通信技术逐步替代有线通信技术的原因[2]。

1、无线通信系统的结构

1.1、测量传输系统的总体构成

无线测量技术代表现有工业自动化设备测量的新方向，远程无线测量系统技术的功能是将现场工业设备的图像、数据、声音等所需参数或数据采集，再将这些数据通过某种途径传送给远程监视或操作人员，经过监视或操作人员的分析和诊断后将结果通过无线通信网络反馈回远程设备接收装置中，完成整个测量的诊断过程。无线测量系统主要分为两部分：由传感器和无线通信模块组成的现场数据采集终端，以及由计算机和远程测量通信模块组成的远程测量接收端。现场数据采集终端将传感器采集到的数据经过转化，然后通过无线通信模块以无线方式与连接在计算机上的无线测量接收端相连，将现场数据传送到监控计算机上。其中传感器主要负责现场数据的采集，而无线通信模块负责将采集到的数据发送出去以及接收反馈回来的操作指令。

无线通信接收端包括现场监控中心、专业人员以及远程分析诊断终端等，现场监控中心主要负责将发送来的数据直观的表现在计算机上或是进行一些数据及操作的预处理；专业人员主要负责对难处理数据及操作给出直接的诊断；远程诊断终端是诊断系统的处理者，是测量数据的接收者也是指令下达的发送者，主要包括两大类终端：Internet连接终端和GPRS模块终端。

1.2、几种常见的无线通信技术

在测量系统中，现场传感器数据短距离无线网络的传输，可以采用蓝牙技术、Wi-Fi技术和ZigBee技术。这些短距离无线通信技术都能满足测量系统数据的传输要求。而各有优劣，蓝牙技术可用于短距离数据的传输；Wi-Fi技术可用于短距离大数据量的传输；ZigBee技术可用于短距离小数据量的传输，但是蓝牙技术较Wi-Fi技术的扩展性差，而ZigBee技术的扩展性最优，蓝牙技术组网方便投资成本低；Wi-Fi技术传输速率高实时性好；ZigBee技术网络可靠，扩展性好，通过不同的网络结构，能组成65000节点的大型无线网络，能满足现代大规模传感器网络要求，而且节点的传输距离能够以组网的方式延长，以接力的方式完成数据的传输，能够有比较好的覆盖面积，对于大型测量系统而言非常重要[3]。

远距离无线网络传输可以采用Internet网络和GPRS网络，这两种无线通信技术都能满足测量系统的要求，但各自也是有优点和缺点存在：Internet网络技术覆盖率高、网络带宽大（512K-100M）、能够与大部分网络兼容、实时性好、误码率低等优点；而GPRS网络技术则是覆盖率能达90%以上、网络带宽较小（115K-175K）、通过网关可与Internet网络兼容、灵活性好、但误码率高等优缺点。

2、无线通信技术在工业上的应用

2.1、第一种情况

移动物体或设备：例如：车/船载设备，厂内小车（炼焦厂的推焦等四大车，钢厂的运钢带循环小车，造纸厂的循环小车），车库堆垛机，堆取料机，卸船机，叶轮给煤机，行车，仓库分捡机，生产流水线上的随行检测设备，码头龙门吊，自来水厂加药小车。

特种行业：三峡升降船机，液压提升工程，野外勘测数据采集，水文测量数据采集,飞机场跑道雾灯控制。

旋转物体或设备：水泥厂悬窑温度测量数据，轮船主轴数据测量，调车转盘控制，码头起重机。

2.2、第二种情况

长距离、大范围布线行不通或不经济或维护太困难，例如：

油田各采油井/采油平台相关数据的采集，水处理各泵站水压的测量数据采集，城市交通流量的监测，城市供热系统的监控，城市路灯/节日灯系统的管理/监控，供电系统中电站的监控，城市煤气/液化气供应系统的管理/监控，发电厂/钢铁厂水源地的管理/监控，发电厂/钢铁厂能源计量的管理/监控，发电厂/钢铁厂水计量的管理/监控，盐湖采盐船的管理/监控，水利行业洪水预报监测网，高速公路上的数据采集、监控等等。

以上场所都是有线网络实施困难，而无线网络实施便捷，更能带来最大经济效益的方式。

2.3、无线技术在水电站蓄水口液位信号传输中的应用

水电站的位置大多都会在偏远且自然环境恶劣的地方选择，水电站附近多为山岭或是密林等不宜安装有限网络测量系统的地方，因为山高路陡，只能徒步行走，所以有线网络安装施工难度大、敷设线路困难等，有些水电站取水口和中央控制室的高度差足有1000米。而水电站蓄水口水位的数据测量直接影响到水电站的利润，但部分水电站目前采用的方式不能保证电站中央控制室能实时的监测到蓄水口水位，使得水电站的安全运行存在严重隐患，由于不能对水电站蓄水口水位进行精确的监测，就可能导致很大一部分利润的损失。基于以上条件，采用无线通信技术来进行水位数据的传输和实时监控，可实现经济效益最大化。水位由传感器采集并通过无线通信模块发送出去，中间经过中继器中转，然后将现场数据传送至山下的中央控制室无线接收模块，再由无线接收模块转送至控制室上位机中实现实时监控。现场无线测量装置的电源可由大容量电池或者使用太阳能供电解决供电问题，这样就可省去线缆敷设、后期维护等大难度施工和操作，即减少了财力和人力的投资降低了成本。

2.4、无线通信技术在大范围长距离传输中的应用

有部分工业厂区由于地理条件的限制，不得不在两个甚至几个较远距离的地点设置分厂区，这样就可能在这两个或者几个分厂区内都要建设控制室，而且不能完全的实现统一调配和管理，如果要统一管理则要敷设非常远距离的线缆才能满足，而且施工和维护都不方便，如果敷设图中遇上建筑物或是其他构筑物时还要绕行，这样带来的经济投资相当大而且施工周期很长。对于以上的几点分析，采用无线通信技术则会大大提高工作效率且会将投资成本降到最低，效益也会大大提升。只要在合适的位置或地点安装无线通信模块、无线网关或中继器等就能将现场所需的数据实时传输到中央控制室内，为管理者提供及时的所需数据。

2.5、无线通信技术在工业炉上的应用

水泥厂或者其他使用工业炉回转窑的厂区环境中，回转窑的温度测量现在多是使用滑环测量温度或者利用红外线测量温度。滑环式测温就是将热电偶或热电阻转窑内，外部连线通过与滑环相连的有线网络将测温数据传输到中央控制室内，这种结构复杂、故障发生率高并且后期维护困难。而红外测温手段只能测量到回转窑表面温度，而所需的转窑内部温度无法测量这样就对生产运行带来不利影响。因此无线通信技术在回转窑上面应用是迫切需要的，省去滑环这种复杂结构，通过无线网络实现转窑内部温度的传输以及降低成本等优势。

3、结语

总而言之，无线通信技术在工业自动化领域中的应用越来越多，也是测量数据传输方式的发展趋势，了解并掌握无线通信技术就能掌握未来工业自动化主动权。

参考文献：

[1] 孙立民，李建中等.无线传感器网络[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2] 蔡型,张思全.短距离无线通信技术综述[J].北京:现代电子技术,2004.19(6):50-53