为工控和自动化部署ZigBee无线传感器网络概述

使用诸如ZigBee等协议的低功率无线传感器网络是工业过程控制领域新兴的最具有吸引力的技术之一,因为这些网络允许在信号场内布置计算能力,而以往这样做会因成本而受限。

因为新传感器节点价格低廉,只有以前的1/4,而且耗电很少(许多能用一节电池维持两年或更长时间),它们很自然地适合于工业设置内无法部署常规有线传感器的领域。

由于这些新型低功率传感器能随处可用,工业工程师预想了它们的应用,早期使用者也开始了与ZigBee和其它无线协议有关的试运行项目。然而,随着组织开始采用这些无线传感器和控制网络,两大重要的障碍也随之而来:部署无线传感器网络极度耗费时间,因为研制管理网络和元件的软件很复杂——尤其是工业设置内的应用,网络需要执行高级功能;而且领先的无线协议(如ZigBee/802.14.5、802.11g和802.11s等)不完全支持工业应用特定的技术需求。

这些挑战如此重大,以至于拖慢了部署计划,并且给最初无线传感器网络技术的兴奋狂热迎头浇了一盆冷水。好消息是解决两大挑战的解决方案正在涌现——将这些令人沮丧的障碍物排除到部署上。本文接下来将花大量篇幅探讨这些挑

 

战,并介绍组织如何利用最新的解决方案来克服这些拦路虎。

难以部署?为什么无线传感器和控制网络难以部署而且耗费时日有两大主要原因:

“我怎么能得到讲同一语言的所有东西?”问题——无线传感器网络部署将原本设计不在一起工作的物体弄到了一块:

a)传感器网络内的设备(如专有的ZigBee设备)

b)现有的IP网络

c)企业计算系统内现有的SCADA、OPC、MODBUS和其它系统

“编程慢”问题——管理无线传感器和控制网络上运行的应用软件编程目前在技术上错综复杂,费尽气力,仅部署最简单的应用就可能耗费专业级程序员数月的时间。对于工业设置内需要许多难以编程功能的更复杂应用,这一过程可能持续更长。

“编程慢”和“说同一语言”问题可为部署流程增加6-12个月或更多的时间。即使当前基础部署编程阶段也需要这么久的时间,因为:

工程设计团队正努力研制一种所有网络元件之间的接口,通过利用神秘的包级编程技术,使所有网络元件在节点端(传感器端)和企业端的所有元件成功地实现彼此之间的通信;

该技术团队针对给定的应用,解决了对所需功能进行编程的扩展过程,这对于关键的工业特性如可靠运输、健康和状况监控、安全特性、中央功率管理和自动试车等领域来说非常复杂。

这种编程过程所需的时间给部署流程增加了巨大的成本——根据硬美元费用和与垄断资源有关的软费用。

为工控和自动化部署ZigBee无线传感器网络概述

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