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你了解工业中基本无线网络布局概念?

   日期:2019-09-19     浏览:28    评论:0    
核心提示:使用ISA100 Wireless™或任何其他工业无线网络创建新的无线仪器网络的第一步是网站调查。此步骤不是任何无线标准的一部分,也不是任何网络管理平台的一部分,因此需要一些创造力。无线电传播模式可能难以预测,但遵循一些基本设计指南可确保更高水平的成功。

使用ISA100 Wireless™或任何其他工业无线网络创建新的无线仪器网络的第一步是网站调查。此步骤不是任何无线标准的一部分,也不是任何网络管理平台的一部分,因此需要一些创造力。无线电传播模式可能难以预测,但遵循一些基本设计指南可确保更高水平的成功。

一些无线顾问使用模拟和读取测试信号使得过程非常复杂,但这些通常最终与现实世界不匹配。其他方法更简单,包括进行一些距离测量和建立视线,这通常也可以。对于本文,我们将更多地关注后者,更简单的方法。

ANSI / ISA-100.11a-2011(IEC 62734),工业自动化无线系统:过程控制和相关应用,网络旨在支持无线现场仪表。该协议规范是较大的ISA100无线系列的一部分。虽然网络管理平台具有非凡的自组织能力,但该功能无法克服不可靠的无线电链路。

但是,网络管理平台可以使用其诊断功能来测量通信和设备的健康状况。它可以识别不可靠的链接,以便可以修复它们,并且通过改进的通信,网络管理员可以重新建立可靠的链接。

信号如何传播

虽然它不是一个完美的模型,但是与可见光一样对无线电的思考在很多时候都是准确的。无线网络主要依赖于视距(LOS)。如果无线流量计试图在其LOS中向网关发送,则良好链路的可能性非常高。与可见光相比,更多潜在的障碍物对射频是透明的,但这受到频率的影响。绿叶树对90 MHz的信号是透明的,但2.4 GHz信号会受到一些衰减。

金属物体是无线电传播的巨大敌人,但也可以在合适的条件下提供帮助,这就是炼油厂和化工厂为无线网络提出许多挑战的原因。在一种情况下,钢壳储罐可以通过反射信号来提供帮助,而有时则作为障碍。像可见光一样,很大程度上取决于表面角度。

一般无线原则规定,在为现场设备(如过程仪表和执行器,路由器和网关)放置天线时,应避免使用金属表面。最好的情况是垂直安装天线,使其四周畅通无阻。如果网关安装在金属杆旁边,即使在远离杆的一侧,信号也会衰减。将天线移动到杆的顶部要好得多,因此它可以延伸到自由空间,或者水平延伸天线安装,因此天线和杆之间至少有1米的间隙。

了解菲涅耳区域

升高的天线布置很重要,因为无线电通信不像激光那样在紧束中移动。为了有效地将信号从一个点发送到另一个点,需要一些椭圆形的区域。该区域称为菲涅耳区。可用于信号传播的空间量对信号强度及其可携带的距离具有巨大影响,因为距离越长,该区域需要的中心越胖。任何违反该区域的东西,甚至可能是地面本身,都会削弱力量。因此,试图通过狭窄的空间挤压信号,即使它可能允许直接LOS,也会导致信号衰减。

例如,在LOS侧间隙具有半径为4 m的开放空间的情况下,通信范围可以是500 m。但是,当试图通过更狭窄的区域发送信号时,开放空间半径仅为2米,有效距离将减少75%至128米。开放,无障碍的空间会产生巨大的差异,但这在大多数拥挤的工厂环境中通常是一个问题。这就是为什么尽可能高的安装设备和天线非常重要的原因。

网状与路由设备

ISA-100.11a具有设备到设备网格划分的机制,但更理想的网络拓扑是现场设备可以直接与网关通信,或者直接与连接到网关的路由器通信。目标是避免对设备到设备进行网格划分的需要,因为在多个现场设备之间发送信号会减慢数据移动速度并对设备的电池征税。

为了便于这些传输,网关和路由器应尽可能高地安装,以清除任何周围设备并允许清除LOS连接。我的公司将这种做法称为在工厂设备上方通过天网进行通信,并利用比单个无线现场设备更实用的更强大的发射器。

单个现场设备的放置并不那么简单。大多数原生无线设备,如差压仪器,都有一个完整的无线发射器和天线。这非常方便,但可能使信号传播复杂化。过程管道或容器中的放置通常决定了必须安装设备的位置,天线方向和周围的障碍物。使用天线扩展可以解决这些问题。另一种方法是添加一个尽可能靠近仪器安装的路由器,并且没有障碍物。如果多个仪器位于同一个困难位置,则单个路由器可以为一个组服务。

布局网络

大多数网络都是从两端设计的,即现场和控制室。现场设备必须根据其过程功能定位,这可能很容易在拥挤的管道丛林中,设备干扰信号的清晰传播。最终的网关通常放置在控制室附近,因为它与控制系统硬连线。网络必须弥合这一差距。

创建天空网格需要找到放置路由器的实际位置。理想情况下,这些应该离地很高并且尽可能靠近各个现场设备。确保现场设备和最近的天空网状路由器之间的可靠通信可能涉及其间的辅助路由器以补偿信号损失。

在大多数加工厂中,找到高结构(例如蒸馏塔)并不困难,但它们可能不位于它们可用于路由器放置的位置。定位天线以避免与这种大型金属结构相关的信号阻塞问题可能是棘手的。根据经验,如果将路由器放置在地面以上30米处,它可以到达距离地面最远50米的各个现场设备。这假设了一些有益的反射,平衡了管道的一些障碍物。

从每个现场设备到最近的路由器的连接是最具挑战性的,因为它通常具有最多的障碍物。路由器和网关之间的通信更容易可视化和评估,因为这些组件安装在更加开放空间的过程设备上方。

评估表现

两种最常见的网络性能指标是误码率(BER)和误包率(PER)。前者使用预定的位模式来检查哪些是错误接收的,这个过程需要所有现场设备,路由器和网关上的专用软件。它必须作为特定测试执行,发送指定的模式。

另一方面,PER性能测量处理完整的数据包,并且可以在正常通信期间无需特殊工具即可完成。如果问题正在发展,则PER会有可检测的变化。

最重要的指标是确定数据包第一次正确通过的频率。目标是尽可能降低PER,但这只能在所有无线链路可靠工作时才能实现。

精心设计的ISA-100.11a无线仪表网络在大多数应用中可以像有线I/O一样可靠地运行。当通信链路可靠连接时,延迟将被最小化,允许控制室操作员和其他工厂人员及时获得他们所需的所有信息。



 
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