8-工业无线技术及产品开发

无线遥控技术及其在起重机上的应用在科学技术不段发展的今天，无线遥控技术应用已经十分广泛，大到人造卫星，小到家用的空调器、电视机、音响等都使用遥控技术来进行操作。

遥控技术的发展被认为是一种现代化的标志，它可以充分使人从繁杂的体力劳动中解放出来，随心所欲地从远距离进行控制，如：电视机的遥控可以使人随意地躺坐来变换喜欢的电视节目，使人享受充分的休息。

遥控技术的发展使人们享受着科学的魅力。

由于遥控技术可以减低劳动强度、提高劳动生产率及提高作业的安全性等方面起着积极的作用，在工业自动化控制中的遥控技术的应用已愈来愈被人们重视。

日常生活中我们使用的无线遥控发射方式多数为红外线型，因其成本低，易于人们接受。

但由于该控制方式受发射距离、方向和条件的限制，局限性较大，应用在工业无线控制领域就显不足。

而目前广泛用于工业无线控制领域的遥控装置，主流是以无线信号进行传输的方式。

以下就起重机用无线遥控系统自身特点、发展概况、使用优势和遥控系统分类进行简单介绍。

（一）起重机用无线遥控系统必须具有以下几个特点：1．可靠性。

遥控系统一旦发生故障，将影响生产正常运行。

因此其系统及系统的硬件必须具有高度的可靠性。

2．安全性。

遥控系统是起重机械的控制装置，如果动作有误，将发生物损、人伤的事故。

因此必须保证遥控系统的百分之百的安全，具有操作者应能直接进行紧急停车和系统自动急停的安全保护。

3．抗干扰性强。

能够不受电焊、电炉及起重机变频器等的电磁杂波干扰，能够在小范围内同时多台使用，互不干扰。

4．能在恶劣环境中使用。

必须具有较强的防尘、防煤气、耐油、抗冲击等性能。

5．轻小型便于操作。

发射系统由操作者携带进行操作，故应体积小、重量轻、携带方便。

（二）起重机用无线遥控系统的发展概况：1．50年代，各类工业用遥控系统在欧美开始出现。

2．60年代，以德国HBC为代表的遥控制造商开发了专用于起重机控制的遥控系统，被认为是企业减少劳动力、实现自动化控制的良好途径。

现场总线、工业以太网、工业无线【前言】目前工业通信领域的三大主流技术：现场总线、工业以太网、工业无线。

综合应用趋势：将现场总线、以太网、嵌入式技术和无线通信技术融合到控制网络中，在保证系统稳定性的同时，又增强了系统的开放性和互操作性，从而有助于企业加快新品开发、降低生产成本、完善信息服务。

【现场总线】现场总线的出现不仅简化了系统的结构，还使得整个控制系统的设计、安装、投运、检修维护都大大简化，给工业自动化带来一场深层次的革命。

但现场总线技术至今还没有一个统一的标准。

事实上，从现场总线的概念提出开始，国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA）就着手开始制定现场总线的标准，至今统一的标准仍未完成。

很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。

【工业以太网】正当现场总线标准大战硝烟正浓之时，以太网悄悄进入了控制领域，从而产生了一个新的名词工业以太网，并且由于以太网传输速率较现场总线更快等优势，以太网技术一出生就风华正茂，近年来其势头更是盖过了现场总线。

然而，正如当年的现场总线的标准之争一样，工业以太网也出现了多种不同的以太网技术，如Ethernet/IP，Profinet，ModbusTCP，EtherCAT，Powerlink等，而且这些网络在不同层次上基于不同的技术和协议，包括了OPC，CP，IP等，而且，每种技术的背后都有不同的厂商阵营在支持，这就决定了多种以太网技术并存的局面。

【工业无线】再说说无线技术，从复杂的布线到如今仅需要一台无线信号发射器，从依赖PC机到现在可利用任何配有无线终端适配器的设备，连接网络呈现出在任何时间、任何地域、任何设备上都畅通无阻的现状。

技术的发展同时也推动了社会的进步，无论是军用产品、工业产品，甚至民用产品，无线技术俨然成为社会发展中必不可少的一部分。

相比有线网络，无线网络具有移动性，。

工业无线网络性能测试方法研究和实现姜德志;费敏锐;李昕【摘要】为了研究基于IEEE 802.15.4a的工业无线网络的实时通信性能,给出了基于该标准下的无线网络的实时性测试方法.设计了该方法的测试装置,实现了对该无线网络的实时性能指标的测试.测试结果表明,该测试方法可靠、稳定,能够有效地获取该无线控制网络的实时性能指标,为优化和改善工业无线网络通信提供了依据.%In order to research the real-time communication performance of the industrial wireless network based on CSS physical layer specifications of IEEE 802.15.4a standard, the test method for the real time performance of such network is given, and the test device based on this method has been designed for implementing the test of the performance index. The result of the test indicates that this method is reliable, stable and is able to effectively obtain the real-time performance indexes of this wireless control network; thus it provides basis for optimizing and improving communication performance of industrial wireless network.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2011(032)008【总页数】4页(P74-77)【关键词】实时性能测试;无线网络;数据通信;操作系统;嵌入式【作者】姜德志;费敏锐;李昕【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海市电站自动化技术重点实验室,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海市电站自动化技术重点实验室,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海市电站自动化技术重点实验室,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TP3920 引言近年来，中短程无线通信技术发展迅速，它正逐步渗透到工业控制领域，具有很好的应用前景。

工业无线网络WIA-PA标准WIA-PA Standard of Industrial Wireless Network摘要：本文概要介绍了工业无线网络的发展过程及标准化进程，详细介绍了用于过程自动化的工业无线网络WIA规范的网络构成、拓扑结构、协议体系和关键技术，并研究了WIA-PA网络的设计实现。

关键词：工业无线网络，WIA-PA标准，网络设计Abstract:The paper firstly summarized the development and the standardized process of industry wireless network technologies, and introduced the network composing, topology, protocol architecture and key technologies of WIA-PA, which is the specification of industrial wireless network for process automation. Finally, the design of the WIA-PA is discussed and achieved successfully.Key words: Industry Wireless Network,, WIA-PA standard, network design一、工业无线网络概述及其标准化1、工业无线网络概述工业无线技术是本世纪初新兴的，一种面向设备间信息交互的无线通信技术，是对现有无线通信技术在工业应用方向上的功能扩展和提升。

随着计算机、通信和网络技术的飞速发展，无线传感器网络应运而生。

传感测试技术正朝着多功能化、微型化、智能化、网络化、无线化的方向发展。

工业无线网络是从新兴的无线传感器网络发展而来的，具有低成本、低能耗、高度灵活性、扩展性强等特点，已经成为继现场总线技术后的又一个研究热点。

智能家居等不同应用领域，其实现技术完全不同。

工业无线技术是满足工业应用高可靠、低能耗、硬实时等特殊需求的一类无线传感器网络技术[1]。

基于工业无线技术的测控系统，与传统的有线测控系统相比，具有以下一些优势：（1）低成本。

在传统的有线系统中，布线的成本是每米$30～$100，在一些恶劣环境下，可达到每米$2000。

测控系统运行期间需要不断检测系统状态，发现错误，更换电缆。

使用工业无线技术将使测控系统的安装与维护成本降低90％，是实现低成本测控系统的关键。

（2）高可靠、易维护。

在有线系统中，绝大部分系统故摘要：工业无线技术是一种本世纪初新兴的、面向设备间信息交互的无线technology rising since the beginning of this century. It was designed for short-distance and low-rate information exchange among devices. Industrial wireless technology has some characters suited for being used in the industrial field environment, such as: strong anti-interference capacity, ultra-low power consumption and real-time communication, etc. Industrial wireless technology is the function extension and the technology innovation of the existing wireless technology and will finally be converted to some new wireless technical standards. In this paper, the development of industrial wireless technologies and the corresponding state standards in China is introduced.Key words: Industrial Wireless Technology; WIA Standard; Industrial Measurement and Control System; Wireless Network Technology障是由电缆的连接器件损坏而引发的，其维护复杂度强，维护费用高。

新闻稿Silicon Labs推出业内首个同时支持MCU和无线应用设计的集成开发环境- Simplicity Studio™生态系统增强了开发人员为IoT项目同时构建8/32位微控制器和无线设计的生产效率 -中国，北京-2015年3月6日-物联网（IoT）领域中微控制器、无线连接、模拟和传感器解决方案的领先供应商Silicon Labs（芯科科技有限公司，NASDAQ：SLAB）今日宣布推出新一代Simplicity Studio™，这是业内首家推出的集成MCU/无线的开发环境，能够为各类IoT应用同时进行MCU和RF设计。

最新发布的软件延续了原来Simplicity Studio 平台的最佳功能特性，并且增加支持Silicon Labs新型8位EFM8 MCU系列、EZR32 sub-GHz无线MCU，以及EM35xx Ember ZigBee®无线SoC这个在802.15.4网状网络市场中最广泛采用的2.4GHz连接解决方案。

Simplicity Studio在统一的软件开发环境中提供一键访问完成项目开发所需的资源，从而在从初始概念到最终产品的过程中，极大的简化了MCU和无线开发人员开发IoT应用的设计过程。

Simplicity Studio包括基于Eclipse的集成开发环境（IDE）、图形化的配置工具、能耗分析和优化工具、网络分析工具、演示代码、软件示例、文档、技术支持和社区论坛。

所有这些集成特性可使IoT开发者能够简单和高效的进行嵌入式开发。

Simplicity Studio提供内建的智能机制，可以自动检测所连接的8/32位MCU或者无线IC，图形化配置芯片功能，显示支持的配置选型，从而能够帮助开发人员在几分钟内获得可运行的项目设计。

Simplicity Studio是情境感知（contextually aware）的开发环境，能够为开发人员提供项目相关的产品信息。

集成的实时能耗和网络包分析工具也能够帮助开发人员创建可靠网络和高能效的无线节点，同时通过优化能耗而获得最佳的电池使用寿命和容量选择。

目前工业领域的无线网络标准有WirelessHART、ISA100以及中国的WIA-PA，那么这几个标准谁更有优势呢？以下进行了简单的对比，欢迎大家补充并发表意见。

WirelessHARTWirelessHART通讯协议是2007年9月由HART通讯基金会发布，它是第一个专门为过程工业而设计的开放的可互操作的无线通讯标准，满足了工业工厂对于可靠、强劲、安全的无线通讯方式的迫切需求。

除了保持现有HART设备、命令和工具的能力，它增加了HART协议的无线能力。

每个 WirelessHART网络包括三个主要组成部分：连接到过程或工厂设备的无线现场设备；使这些设备与连接到高速背板的主机应用程序或其他现有厂级通信网络能通信的网关；负责配置网络、调度设备间通信、管理报文路由和监视网络健康的网管软件。

网管软件能和网关、主机应用程序或过程自动化控制器集成到一起。

ISA100.11aISA-100标准定义的工业无线设备包括：传感器、执行器、无线手持设备等现场自动化设备。

主要内容包括工业无线的网络构架、共存性、鲁棒性以及与有线现场网络的互操作性等。

ISA-100.11a是第一个开放的、面向多种工业应用的标准族，其版本1的主要特征：提供过程工业应用服务，包括工厂自动化；在工厂内/工厂附近使用；全球部署；提供等级1(非关键)到等级5 的应用，例如：监控；保证不同厂家设备的互操作性；物理层只包括IEEE 802.15.4-2006的2.4 GHz频段；在后续版本将推荐可选的其他物理层；提供一个全面的共存策略；跳信道的方式支持共存和增加可靠性；使用一个简单的应用层提供本地和隧道协议，以实现广泛的可用性；针对IEEE 802.15.4-2006 安全的主要工业威胁，提供简单、灵活、可选的安全方法；现场设备具有支持网状和星型结构的能力。

ISA100.11a标准与无线HART标准的主要区别：无线HART建立在HART标准上，包括HART协议(IEC 61158)、 EDDL (IEC 61804-3)、IEEE 802.15.4无线电和跳频、扩频和网状网络技术。

工业无线技术领域的三大标准工业无线技术是继现场总线之后，工业控制领域的又一个热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，是未来工业自动化产品新的增长点。

工业无线技术是21世纪新兴、面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术，适合在恶劣的工业现场环境使用，具有很强的抗干扰能力、超低耗能、实时通信等技术特征。

目前我们所熟知的无线技术有ZigBee、无线局域网(WiFi)、蓝牙(Blue-tooth)、超宽频(UWB)等。

但他们由于自身协议的限制（如发射功率、安全等级、抗干扰性等方面的性能），通常应用于消费电子产品，不适合复杂的工业现场环境。

其特点如表1所示：表1 常用无线通信协议比较目前工业无线技术领域已经形成了三大国际标准，分别是由HART基金会发布的WirelessHART标准，ISA国际自动化协会（原美国仪器仪表协会）发布的ISA100.11a标准、和我国自主研发的WIA-PA和WIA-FA标准。

技术简介WirelessHARTWirelessHART标准是2007年9月由HART通讯基金会发布，是第一个专门为过程工业而设计的开放的可互操作的无线通讯标准，满足了工业工厂对于可靠、强劲、安全的无线通讯方式的迫切需求。

作为HART7技术规范的一部分，除了保持现有HART设备、命令和工具的能力，它增加了HART协议的无线能力。

国际电工委员会于2010年4月批准发布了完全国际化的WirelessHART标准IEC62591（Ed.1.0），是第一个过程自动化领域的无线传感器网络国际标准。

该网络使用运行在2.4GHz频段上的无线电IEEE802.15.4标准，采用直接序列扩频（DSSS）、通信安全与可靠的信道跳频、时分多址（TDMA）同步、网络上设备间延控通信（Latency-controlled Communications）等技术，WirelessHART 标准协议主要应用于工厂自动化领域和过程自动化领域，弥补了高可靠、低功耗及低成本的工业无线通信市场的空缺。