工业自动化领域中的无线技术研究 |
| 2012-06-13 19:41 作者：宋建宁 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑：GuiGu 【搜索试试】
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摘要：随着工业自动化进程的加快，特别是通信技术和传感技术的发展，进一步加大工业自动化的步伐。无线技术作为最具发展潜力的通信技术，成为工业自动化领域中应用的关键。就工业自动化领域中的几种无线技术的应用进行探究，旨在与同行交流，不断加快工业自动化的进程。
关键词：工业自动化；无线技术；研究
中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：1671—7597（2012）0420
【《硅谷》杂志2012年4月刊文】工业自动化进程中应用无线技术不仅能有效降低成本，并具备较强的抗干扰能力。常见的典型的无线技术主要有UWB和Zigbee两种，二者各占有一定的优势，笔者就工业自动化领域中这两种无线技术的应用做出以下几点探讨。
1工业自动化领域中应用无线技术的重要意义
1.1有效降低成本
工业自动化领域中无线技术的应用，与传统有线的通信技术相比较，该技术不需要物理路线，不仅能有效的去除铺设电缆的繁琐步骤，还能消除工业环境对无线技术的影响。由此可见，该技术不仅具备较强的环境适应能力，且故障的诊断也可以实现远程诊断，大大的降低了成本。
1.2具有较强的扩展能力和投资的便捷性
为满足当代通信技术发展的需要，既要扩展地域，更要增加投资，增加设备节点。通常情况下，如果有线技术需要增加设备节点，就应配合工程布线进行追加，乃至变更原有通信线路，而无线通信技术就不会有这些困扰，只需简单改变软件的设置，就能随意增添无线接入点，从而实现节点的扩展。
1.3具有较强的灵活性
无线技术在工业自动化领域中的应用，只要完成了通信任务，其节点的设置不受任何区域的限制，与有效技术相比具有较强的灵活性。
1.4具有较强的抗干扰能力
无线技术在开发时就融入了有关反窃听的保密技术。就有线技术相比而言，无线技术的抗干扰性能更具备优越性，极大的弥补了由于工业环境的恶劣而造成通信质量差的弊端，进而极大的提高了无线通信技术的抗干扰性能。
2Zigbee无线技术在工业自动化领域中的应用
2.1Zigbee无线通信技术浅析
所谓Zigbee无线通信技术是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。Zigbee无线技术的功率消耗比其它无线技术和有线技术要低很多。该无线技术只需要两节5号电池，就能在待机模式下坚持半年之久；就协议内容而言，其协议简单，且数据传输速率较低，从而降低了成本；就测试结果而言，其主节点能管理254个子节点，并在主节点上经过上一层的网络节点管理，最多能组成65000个节点的大网，但其覆盖范围的有效性仅10到75米；Zigbee无线通信技术不仅具有较多的工作频段，而且各频段的性能灵活多变，特别是其全部采用了免执照频段；
按照其协议，其检查与鉴定功能更加完善，采取加密算法，有效避免发生碰撞，并在设计之初就预留了空间，并能迅速从待机状态进入工作状态，从而针对性的应对各种不同的需要。此外，Zigbee无线通信技术还具备时延短、容量高、安全高等优点。
2.2工业自动化领域中的Zigbee无线通信技术的应用研究
设计Zigbee无线通信技术的最终目的主要就是用于数据传输速率较低的电子设备。目前，很多医院使用的医疗器械设备的护理与工业自动化控制中心大都应用了这一技术进行通信。例如在自动抄表系统中，通过自行组网，结合其超大的网络容量就能满足于自动抄表领域，又如在井下的各种监测都得到了较为广泛的应用。
3UWB无线通信技术在工业自动化领域中的应用
3.1UWB无线通信技术浅析
UWB无线通信技术是一种采用时间间隔极短的脉冲而不用载波的通信方式。并具备以下优点：一是具有较强的抗干扰能力，这主要得益于这一技术的自身特点，该技术的所有频段与目前我国通信系统所采用频段之间各自安好且互不相扰。一旦发射信号，其发射的无线电脉冲信号不仅很微弱，而且所输出的功率也相对较低；二是具有传输速率高、能耗低的特点，与Zigbee相比较，其传输速率比Zigbee要高得多，最高时能高达几百兆字节每秒，且能耗极低，这主要得益于其发射时没有采用载波，只在脉冲发射时消耗极低的能量；三是具有较高的安全性能，就有线技术相比而言，不管是安全性还是稳定性都大于有线通信技术。由于该技术中融入了跳时扩频技术，因而信息数据接收设备只有在知道发送端扩频码的前提下对发射的数据进行接收，且发射功率谱密度很低，一般的信数据接收设备是不可能接收的，因而凸显其安全性能；四是定位优势极其优越和明显，这主要是因为这样系统自身具备的良好定位优势，且穿透性能极强。所以其具备较为精确的定位能力，精准度能高达10米，这也是其它通信技术无法相比的优势。五是具有较强的多径分辨能力，与一般无线通信技术相比，其多径传播效应的通信质量和数据的传输速度大大的增强。
3.2UWB无线通信技术在在工业自动化领域中的应用
从UWB无线通信技术用途的起源来看，一开始时主要用在军事方面的雷达领域，用来开发军事雷达。从2002年2月开始，UWB技术被美国批准可以在非军事领域应用，从此UWB技术才得到了新的发展，并应用得日益广泛。从UWB技术来看，它说具有的传输速率非常高，因此，在工业自动化方面具有明显的优势，得到广泛地运用。在工业自动化方面，它需要对数据进行精确的定位。在测量方面，尤其是在底下探测方面，具有十分广阔的应用前景。这种技术能够实现实时图像和声音的传输，这么高精度的数据量传输，在当前现有的无线技术中是难以实现的。因而在这一通信技术的实际应用过程中，应在摄像头端安装微型处理器，通过简单压缩并处理实时传输的图像数据，就能数据传输速率降至几十兆字节每秒，然后利用UWB无线通信技术，将图像数据传送到数米开外的中心控制室。
4Zigbee无线通信技术与UWB无线通信技术的对比
就传统有线通信技术而言，不管是Zigbee无线通信技术还是UWB无线通信技术，二者都比较适用于现代通信技术发展的需要，这两种技术的能耗指标非常低，其非常适应社会发展的要求。在实际应用中，我们应该充分发挥各自优势，根据自身所具备的优势，来决定各自所适用的领域，取长补短，相互弥补，而Zigbee无线通信技术与UWB无线通信技术的最大区别就在于数据传输熟虑不同，因而在使用领域方面也就各不相同。
总之，随着我国无线通信技术的不断发展，其自身具备的竞争优势，将会在工业自动化领域中应用的更加广泛。在不断降低成本提高信号数据传输性能的同时，也在推动我国工业自动化进程。相信在不久的将来，我国的无线通信技术将会涵盖于各行各业，成为推动我国经济快速发展的主力军之一。
参考文献：
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[2]陈军进，工业自动化技术在各个工程领域中的应用[J].硅谷，2010（05）.
[3]赵丽，谈对工业自动化发展趋势的分析[J].装备制造，2010（04）.
[4]缪学勤，IT技术推动工业自动化六大发展趋势[J].软件，2009（04）.
[5]彭瑜，工业自动化和控制环境下实现无线通信的新近动态和标准进展[J].自动化博览，2008（S1）.（注：本文版权归作者本人和硅谷杂志所有，禁止他人未经授权转载）
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