什么是有线与无线工业网络?

出处:维库电子市场网 发布于:2024-07-04 16:22:40

  在设计工业系统时,决定控制和现场组件之间的通信是一个细致的过程,涉及天平两端的多个因素,以确定方案。有可能的现实是,终的设计将是有线和无线通信技术的混合。

  有线网络先于无线网络出现。自推出以来,直到近,无线网络一直被视为有线连接的一种升级。然而,直到今天,就整个行业的安装基数而言,有线网络仍比无线网络占主导地位。这要归功于减少基础设施需求和提高灵活性的优势。

  图 1.有线还是无线是控制系统设计中的一个重要决定。图片由Wireless Buff提供
  另一方面,无线技术仍是一项新兴技术,并且正在逐渐占据越来越多的安装基数。从长远来看,无线技术是否会完全占据主导地位,这是们争论的话题。无线技术有其缺点,但近的改进和新标准正在努力解决这些问题,略微偏向无线技术。
  有线网络
  有线网络由基于以太网的设备组成,现场总线协议设备(其中一些是旧设备)也仍在广泛使用。尽管与无线直接的比较是在基于以太网的领域进行的,但重要的是要注意那里的所有现场总线设备。由于它们的平均寿命较长,因此执行升级或更换通常更为复杂。现场总线设备可能是迁移到某种形式的无线通信的设备。
  有线以太网通常适用于许多工厂车间控制系统。撇开初始安装成本不谈,有线网络可以提供可靠且安全的高速通信。传统上,有线网络被认为比无线网络更可靠,因为它们不受外界干扰。

  在电磁干扰较高的地区,可以屏蔽以太网线以隔离和保护它们。这在许多生产设施中并不罕见,在这些设施中,粗电源线、电池充电器和变电站都可能成为设备通信的干扰源。

  图 2.双屏蔽以太网电缆示意图。图片由The Mate Company提供

  可扩展性是一个经常被忽视的设计标准。控制系统经常会进行扩展和改造。因此,网络本身通常需要扩展。在设计良好的有线网络中,可以通过集成更多工业交换机、接入点和相应的布线来相对灵活地实现这一点。然而,与无线媒体提供的灵活性相比,这仍然是一个缺点。

  图 3.有线工业控制网络示例。图片由西门子提供
  另一个重要的考虑因素是距离。单根以太网电缆的长度为 100 米。附加硬件可以延长工作距离。例如,可以在每个以太网段安装中继器以增加该段的长度。光纤是另一种介质,可以将工作距离延长至 2 公里。
  但是,即使使用优化的中继器和光纤,在数据丢失或数据传输延迟显著之前,终还是会有一个可实现距离。系统复杂性是另一个会进一步限制电缆长度的因素。这极大地阻碍了远程监控纯有线网络的能力。
  无线网络

  基础设施成本和电缆更换不再是使用无线通信的主要原因。无线网络常见的两个应用是远程监控和资产管理。这些应用的一些实际的例子是在石油行业。由于存在一些危险的条件,基础设施的安装比大多数行业更高、风险更大。配备电池电源的无线设备通常是新远程监控需求的设计。

  图 4.无线传感器网络向石油平台提供水下状况数据。图片由Research Gate提供
  无线网络的另一个重要应用是物流。移动应用在这一领域非常普遍。例如,叉车操作员经常使用手持式扫描仪来管理和执行仓库或配送中心内的产品数据流。移动自动化系统,例如自主移动机器人 (AMR)或激光制导车辆 (LGV),主要使用无线网络与中央控制器进行通信。
  无线网络很容易受到外界干扰的影响。在设计新的无线网络时,重要的是要考虑这些干扰可能来自何处。除了电磁干扰之外,金属和机械密集的区域也会引起问题。一旦确定了这些问题,就有可能采用更好的无线覆盖设计,并实现的接入点分布。
  近,无线 HART等技术得到了进一步发展,进一步提高了这些网??络的可扩展性和成本效益。HART 协议(高速可寻址远程传感器协议)的特点是自组织和自校正架构,即使在干扰严重的地区也能提高可靠性。
关键词:工业网络

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