工业自动化领域中的无线技术
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。下面是小编搜集整理的工业自动化领域中的无线技术的论文范文，欢迎大家阅读参考。
【摘要】笔者概述了工业自动化范畴中的无线技术办法及特征，并讨论了UWB无线通讯技术在工业自动化范畴中的运用效果及开展的新趋向，对指点工业自动化范畴中的无线技术具有一定的参与价值。
【关键词】工业自动化，范畴，无线技术
一、前言
几年来，我国工业自动化范畴中的无线技术获得了飞速开展，但仍然存在一些成绩和缺乏需求改良，笔者对工业自动化范畴中的无线技术存在的次要成绩停止剖析，对工业自动化范畴中的无线技术创新战略停止研讨，对放慢工业自动化推进的步伐，具有非常重要的意义。
二、Z igbee技术特征
Z igbee是一项近间隔、低复杂度、低功耗、低数据速率、低本钱的双向无线通讯技术, 在一定状况下，次要适用于自动控制与近程控制范畴, 是爲满足小型廉价设备的无线联网与控制而制定的。Z igbee是 IEEE 802.15. 4技术的商业名子。与此同时，这项技术的中心协议由 2005年 12月成立的 IEEE 802. 15. 4任务组研讨制定的, 但是，高层使用、互联互通测试与市场推行由 Zigbee联盟担任。接着研讨的成绩是Z igbee联盟成立工夫是 2001年 9月, 如今包括英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司等在内的百余家知名企业。在一定水平上，Z igbee的协议次要是由物理层、数据链路层、网络/平安层、使用框架及高层使用标准组成。其中IEEE 802. 15. 4担任物理层与数据链路层规范; 据此开端研讨Zig-bee联盟担任网络层与使用层的研发。 Z igbee协议栈如图 1所示。
Z igbee技术的次要特征如下:一是功耗低。在低耗电待机条件下, 两节普通5号干电池才可运用 6 个月以上, 这是 Zigbee支持者所特定的劣势。二是数据传输进程中速率低。只要 10~ 250 kb/s,专注于低传输使用。三是本钱比拟低。 Z igbee 数据传输速率比拟低, 而且协议复杂, 很大水平上降低了本钱。爲此，预算往年年底一个 Zigbee芯片价钱能够降到 3美元。四是网络容量比拟大。统计显示，网络可包容 65536个节点。五是无效范围比拟小。无效掩盖范围在10~ 75 m之间, 在一定状况下，要详细依据实践发射功率大小与各种不同的使用形式确定。六是任务频段很灵敏。在一定水平上，使用的频段辨别爲2. 4GH z(全球)、868MH z( 欧洲 ) 与 915 MH z(美国 ) , 都是免执照频段。七是平安适用。 Z igBee提供了数据完好性反省与鉴权功用, 采取 AES- 128加密算法。八是诚信牢靠。采用了碰撞预防方法, 并且，爲需求固定带宽的.通讯业务预留了公用时隙, 避免发送数据的竞争和抵触。九是时延短。 Z igbee 通讯时延与从休眠形态激活的时延都很短, 设备搜索工夫典型值爲 30 ms,设备激活工夫典型值是 15 m s, 活动设备接入工夫是 15ms。在此根底之上，Z igbee次要使用于数据传输速率不高的诸多电子设备之间, 比方：医疗护理 与工控等。其中最典型的使用是自动抄表零碎。爲此，以后 GPRS/CDMA无线抄表零碎本钱绝对较高, 并且还要向电信运营商领取一定额度的费用, 另一种电力线联网 ( PLC)技术运转则不够波动。据此，比拟而言, 运用Z igbee网络的抄表零碎由电力局自行建网, 在一定水平下，不需求交纳额定的费用, 另外，Z igbee网络超大的容量普通可以满足掩盖的需求,因而 Z igbee在无线自动抄表范畴具有宽广的开展前景。与此同时，在井下无线监控、工业环境的温湿度监测、污水监测、气体监测上 Zigbee也具有很大的劣势。在特殊条件下，由于传感器与通讯技术的开展, 无线传感器网络 (W ireless sensor networks, WSN)的概念已不得人心。 Zigbee在无线传感器网络的运用上有着无法比喻的劣势。在一定水平上，无线传感器网络也是由部署在监测区域内少量的廉价微型传感器节点构成、经过无线通讯方式，并且构成的一个多跳的自组织的网络零碎, 爲此，具有监测高精度、高容错性、大掩盖区域、可近程监控等诸多优点。WSN 可使用于工业自动化零碎、设备毛病诊断、恶劣环境下消费进程监控等。同时，无线传感器网络设计的首要目的是动力的高效应用, 也就是说, 在保证正常的监测功用的条件下, 尽能够较少的耗费节点的能量, 同时，延伸网络的生命周期。基于这一点, 它和 Z ig-bee的设计目的相符。其次。传感器网络严厉要求每个节点的本钱要尽能够到达最低,并且要求很严厉。只要这样, 一个网络才可以拥有较多的节点, 在一般节点有效的条件下，可以迅速的重新规划确定路由, 从而，不致于使网络瘫痪。第三，Z igbee网络可以同时包容 6.5万多个节点, 足能保证多源数据的采集。在一定条件下，一个传感器网络通常包涵传感器节点、会聚节点与管理节点。同时，传感器节点普通由传感器模块、处置器模块、无线通讯模块与能量供给模块四局部组成, 是一个微型的嵌入式零碎, 它统筹传统网络节点的终端与路由器双重功用。传感器网络的体系构造见图 2。
会聚节点衔接传感器网络与内部网络, 到达两种协议栈之间的通讯协议转换, 在此根底上，发布管理节点的监测义务, 还要把搜集到的数据转发到内部网络上。爲此，用户经过管理节点对传感器网络施行配置与管理, 发布监测指令以及搜集监测数据。同时，针对传感器网络的组成构造, 可以使用 Zigbee节点作整个网络的传感器节点, 并且，在整个监测区域内，组成一个 Zigbee网络, 每个传感器节点内嵌 Zigbee协议栈, 完成根本的 Zigbee网络功用,与此同时，把采集到的数据传输给会聚节点, 还要承受会聚节点对其下达的义务与命令。在一定水平下，应用一个微处置器 + GPRS模块作爲会聚节点, 据此，用来衔接传感器网络和 GPRS网络, 完成 TCP/UD P等协议, 把数据打包封装成帧, 在一定条件下，经过 GPRS网络传递给主控制室, 并把主控端的命令解封装, 然后，传达给传感器节点。在用户端接一个 GPRS模块与 PC机效劳器做硬件平台, 软件包括数据库等,在这一进程中，对收到的数据停止仔细剖析, 同时对整个网络停止管理。在特定状况下，Z igbee本身的特点决议了它只能使用在短距低速的条件下, 在工业监测中, 必需留意任务流程，有很多工夫需求的是实时的图像, 这就必需有高速的数据传输率, 因此, 在这一点上, Zigbee有着致命的缺陷。UWB技术的呈现使这种运用需求成爲了能够。
三、UWB无线通讯技术在工业自动化范畴中的运用效果
1. UWB无线通讯技术剖析。
在特定条件下，UWB无线通讯技术是一项采取工夫距离极短的脉，而不必载波的通讯办法。同时，具有以下劣势：一是具有很强的抗搅扰才能，这次要是这一技术的本身特征，在一定状况下，此技术的一切频段和以后我国通讯零碎，所采取频段之间各自安好且互不搅扰。在特定状况下，一旦发射信号，它发射的无线电脉冲信号不但很微弱，并且所输入的功率也绝对比拟低;二是具有传输速率高、能耗低的特征，和Zigbee相比拟，一定状况下，它的传输速率比Zigbee要高得多，最高时能够高达几百兆字节每秒，并且能耗很低，这次要是由于其发射时不能采用载波，同时，只在脉冲发射时耗费很低的能量;三是具有较高的平安功用，就有线技术绝对比而言，不管是平安性或许是波动性都大于有线通讯技术。在一定水平下，基于此技术中融入了跳时扩频技术办法，因此信息数据接纳设备，只要在晓得发送端扩频码的前提条件下，对发射的数据停止接纳，同时，发射功率谱密度较低，通常的信数据接纳设备是不会接纳的，爲此，显现其平安功用;四是定位优点比拟，这次要是由于这样零碎自身具有的良好定位优点，一定条件下，穿透功能很强。因而其具有比拟准确的定位功能，精准度能高达10米左右，爲此，这也是别的通讯技术无法可比的劣势。五是具有较强的多径分辨功用，和普通无线通讯技术比拟，一定水平下，它的多径传达效应的通讯质量与数据的传输速度很大水平的加强。
2. UWB无线通讯技术在工业自动化范畴中的运用。
从UWB无线通讯技术用处的来源停止剖析，刚开端时次要用在军事方面的雷达范畴，一定条件下，用来开发军事雷达科技。从2005年3月开端，UWB技术被美国同意可以在非军事范畴运用，从此UWB技术才失掉了新的打破，经过迷信创造，失掉越来越普遍的使用。从UWB技术停止剖析，一定条件下，它说具有的传输速率很高，爲此，在工业自动化方面具有分明的优点，失掉了普遍的使用。一定条件下，在工业自动化方面，其要求对数据停止准确的定位。在测量方面，特别是在底下探测方面，具有非常宽广的开展前景。在一定条件下，这种技术可以完成实时图像与声响的传输，这麼高精度的数据量传输，在以后现有的无线技术中是难以完成的。爲此，在这一通讯技术的实践运用进程中，要在摄像头端装置微型处置器，一定水平下，经过复杂紧缩并处置实时传输的图像数据，就能使数据传输速率降到几十兆字节每秒，从而，最初应用UWB无线通讯技术，将图像数据传送到数米开外的中心控制室。
四、完毕语
经过对新时期下，经过对Z igbee技术存在的成绩剖析，进一步明白了Z igbee技术与UWB技术是时下无线通讯市场的最盛行的技术之一, 是无线网络重要的组成局部,爲无线网络管理零碎的优化完善奠定了坚实根底，无线技术具有宽广的使用开展前景。其有助于进步企业的竞争力和效益。
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