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工业自动化领域中的无线技术

作者:护理专业
出处:www.lunrr.com
时间:2020-03-07

[文摘]总结了工业自动化领域的无线技术方法和特点,探讨了超宽带无线通信技术在工业自动化领域的应用效果和新的发展趋势,对指导工业自动化领域的无线技术具有一定的参与价值。

[关键词]工业自动化,领域,无线技术

1,序言

近年来,无线技术在中国工业自动化领域取得了快速发展,但仍存在一些问题和不足,需要改进。分析了无线技术在工业自动化领域存在的主要问题,研究了无线技术在工业自动化领域的创新策略,对加快工业自动化步伐具有重要意义。

ii。Z igbee的技术特点

Z igbee是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本的双向无线通信技术。在某些情况下,Z IG BEE主要适用于自动控制和远程控制领域,是为满足小型廉价设备的无线组网和控制而制定的。 Z igbee是IEEE 802.15的业务名称。4技术。 同时,该技术的核心协议由IEEE 802开发。15.4工作组成立于2005年12月。然而,Zigbee联盟负责高级应用、连通性测试和市场推广。 下一个要研究的问题是伊格比联盟成立于2001年9月。现在它包括100多家知名企业,如英国英维思公司、日本三菱电气公司和美国摩托罗拉公司。 Z igbee的协议在一定程度上主要由物理层、数据链路层、网络/安全层、应用框架和高级应用规范组成。 IEEE 802。15.4负责物理层和数据链路层标准。泽蜂联盟负责网络层和应用层的研发。 Z igbee协议栈如图1所示。

Z igbee技术的主要特征如下:一是功耗低。在低耗电待机条件下, 两节普通5号干电池才可使用 6 个月以上, 这是 Zigbee支持者所特定的优势。二是数据传输过程中速率低。只有 10~ 250 kb/s,专注于低传输应用。三是成本比较低。 Z igbee 数据传输速率比较低, 而且协议简单, 很大程度上降低了成本。为此,预算今年年底一个 Zigbee芯片价格可能降到 3美元。四是网络容量比较大。统计显示,网络可容纳 个节点。五是有效范围比较小。有效覆盖范围在10~ 75 m之间, 在一定情况下,要具体根据实际发射功率大小与各种不同的应用模式确定。六是工作频段很灵活。在一定程度上,应用的频段分别为2. 4GH z(全球)、868MH z( 欧洲 ) 与 915 MH z(美国 ) , 都是免执照频段。七是安全适用。 Z igBee提供了数据完整性检查与鉴权功能, 采取 AES- 128加密算法。八是诚信可靠。采用了碰撞预防办法, 并且,为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙, 防止发送数据的竞争和冲突。九是时延短。 Z igbee 通信时延与从休眠状态激活的时延都很短, 设备搜索时间典型值为 30 ms,设备激活时间典型值是 15 m s, 活动设备接入时间是 15ms。在此基础之上,Z igbee主要应用于数据传输速率不高的诸多电子设备之间, 比如:医疗护理 与工控等。其中最典型的应用是自动抄表系统。 为此,目前的GPRS/码分多址无线抄表系统成本相对较高,必须向电信运营商支付一定的费用,而另一种电力线联网(PLC)技术的运行不够稳定。 据此,相比之下,使用Z igbee网络的抄表系统是由电力局自己建立的。在某种程度上,没有必要支付额外的费用。此外,Z igbee网络的超大容量一般可以满足覆盖需求。因此,Z igbee在无线自动抄表领域具有广阔的发展前景。 同时,紫蜂在地下无线监测、工业环境温湿度监测、污水监测和气体监测方面也有很大优势 在特殊情况下,由于传感器和通信技术的发展,无线传感器网络(WSN)的概念已经深入人心。 Zigbee在无线传感器网络的应用中具有无可比拟的优势。 在一定程度上,无线传感器网络也是由部署在监控区域的大量廉价微传感器节点通过无线通信形成的多跳自组织网络系统。因此,它具有监控精度高、容错性强、覆盖面积大、远程监控等优点。 WSN可应用于工业自动化系统、设备故障诊断、恶劣环境下的生产过程监控等。 同时,无线传感器网络设计的首要目标是能量的有效利用,也就是说,在保证正常监控功能的情况下,节点的能量消耗尽可能少,同时延长了网络的生命周期。 基于此,它符合泽比的设计目标。 第二 传感器网络严格要求每个节点的成本尽可能低,要求非常严格。 只有这样,网络才能有更多的节点,并且在单个节点无效的情况下,可以快速重新规划和确定路由,以免网络瘫痪。 第三,Z igbee网络可以同时容纳65,000多个节点,这足以确保多源数据的收集。 在某些条件下,传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点 同时,传感器节点一般由四部分组成:传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块。它是一个微型嵌入式系统,考虑了传统网络节点终端和路由器的双重功能 传感器网络的架构如图2所示。

汇聚节点连接传感器网络与外部网络, 达到两种协议栈之间的通信协议转换, 在此基础上,发布管理节点的监测任务, 还要把收集到的数据转发到外部网络上。为此,用户通过管理节点对传感器网络实施配置与管理, 发布监测指令以及收集监测数据。同时,针对传感器网络的组成结构, 可以应用 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, 实现基本的 Zigbee网络功能,与此同时,把采集到的数据传输给汇聚节点, 还要接受汇聚节点对其下达的任务与命令。在一定程度下,利用一个微处理器 + GPRS模块作为汇聚节点, 据此,用来连接传感器网络和 GPRS网络, 实现 TCP/UD P等协议, 把数据打包封装成帧, 在一定条件下,通过 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机服务器做硬件平台, 软件包含数据库等,在这一过程中,对收到的数据进行认真分析, 同时对整个网络进行管理。在特定情况下,Z igbee自身的特点决定了它只能应用在短距低速的条件下, 在工业监测中, 必须注意工作流程,有很多时间需要的是实时的图像, 这就必须有高速的数据传输率, 因而, 在这一点上, Zigbee有着致命的缺点。 超宽带技术的出现使得这种应用需求成为可能。

第三,超宽带无线通信技术在工业自动化领域的应用效果

1。超宽带无线通信技术分析

在特定条件下,UWB无线通信技术是一项采取时间间隔极短的脉,而不用载波的通信方法。同时,具备以下优势:一是具有很强的抗干扰能力,这主要是这一技术的自身特征,在一定情况下,此技术的所有频段和当前我国通信系统,所采取频段之间各自安好且互不干扰。在特定情况下,一旦发射信号,它发射的无线电脉冲信号不但很微弱,并且所输出的功率也相对比较低;二是具有传输速率高、能耗低的特征,和Zigbee相比较,一定情况下,它的传输速率比Zigbee要高得多,最高时可能高达几百兆字节每秒,并且能耗很低,这主要是由于其发射时不能采用载波,同时,只在脉冲发射时消耗很低的能量;三是具有较高的安全功能,就有线技术相对比而言,不论是安全性或者是稳定性都大于有线通信技术。在一定程度下,基于此技术中融入了跳时扩频技术方法,因而信息数据接收设备,只有在知道发送端扩频码的前提条件下,对发射的数据进行接收,同时,发射功率谱密度较低,通常的信数据接收设备是不会接收的,为此,显现其安全功能;四是定位优点比较,这主要是由于这样系统本身具备的良好定位优点,一定条件下,穿透性能很强。因此其具备比较精确的定位性能,精准度能高达10米左右,为此,这也是别的通信技术无法可比的优势。五是具有较强的多径分辨功能,和一般无线通信技术比较,一定程度下,它的多径传播效应的通信质量与数据的传输速度很大程度的增强。

2. UWB无线通信技术在工业自动化领域中的运用。

从UWB无线通信技术用途的起源进行分析,刚开始时主要用在军事方面的雷达领域,一定条件下,用来开发军事雷达科技。从2005年3月开始,UWB技术被美国批准可以在非军事领域运用,从此UWB技术才得到了新的突破,通过科学发明,得到越来越广泛的应用。从UWB技术进行分析,一定条件下,它说具有的传输速率很高,为此,在工业自动化方面具有明显的优点,得到了广泛的应用。一定条件下,在工业自动化方面,其要求对数据进行精确的定位。在测量方面,特别是在底下探测方面,具有十分广阔的发展前景。在一定条件下,这种技术能够实现实时图像与声音的传输,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。为此,在这一通信技术的实际运用过程中,要在摄像头端安装微型处理器,一定程度下,经过简单压缩并处理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。

四、结束语

通过对新时期下,通过对Z igbee技术存在的问题分析,进一步明确了Z igbee技术与UWB技术是时下无线通信市场的最流行的技术之一, 是无线网络重要的组成部分,为无线网络管理系统的优化完善奠定了坚实基础,无线技术具有广阔的应用发展前景。其有助于提高企业的竞争力和效益。

参考文献:

[1] Z igbee Spec ifica tion[ OL ]. http://z igbee. org. 2010.12

[2]周怡F 凌志浩 吴勤勤 Z igbee无线通信技术及其应用探讨 自动化仪表2011.05

[3]顾瑞红 张宏科 基于 Z igbee 的无线网络技术及其应用 电子技术应用 2012.09

[4]李丽娟 国内聚氨酯密封胶研究进展 中国胶粘剂 2012.07

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