工业自动化无线控制与I/O应用的关键因素
日期：2009-5-8 23:10:57 来源：中国工控网
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工业自动化与无线
工业自动化领域越来越意识到无线的优越性，主要因为：
运行有线网络需耗费大量的人力物力，而无线则更为经济。
无线为远程区域或无法使用有线的区域提供了连通性。
无线控制器和无线I/O能管理设备及过程控制，即使在难以接近的区域或网络布线困难及难以安装的地区。
无线可以在产生有线网络花销之前为一个新项目提供概念验证。
基于以上原因使得自动化工程师正开始为其部分或全部应用使用无线解决方案（尤其是WLAN，无线以太网或WiFi）。
尽管使用无线有诸多好处，但是无线仍存在一些问题，包括安全性、网络性能、可靠性、有效性、I/O组件成本和必需预先在有线和无线间做出取舍。
安全性
无线网络的安全性一直在被质疑。站在公寓大楼外面，用笔记本检查无线网络是否可用，多少人无需密码就可以连上？但是尽管个人无线网络经常存在不安全因素，在过去的几年中，已开发出了许多商业、工业和政府应用的安全标准，并且被多数机构予以采用。
其中，较早的WEP（有线等效保密）安全运算法被查出有较严重的漏洞，现已被更强大
更安全的传输算法所取代。
WiFi保护访问（WPA）包括临时密钥完整性协议（TKIP）代替了2003年的WEP算法。2004年提出的WPA2使用了更安全的高级加密标准（AES）802.11i运算法则。
由政府机构和大型公司提出，WPA2的AES运法服从国家标准和技术委员会（NITS）FIPS 140-2规范。这些标准可以保证一个鲁棒的通讯系统。
出于安全通信，如今WPA2的兼容产品应被用于工业无线实施上。
网络性能和可靠性
无线网络的可靠性取决于许多方面包括网络规模、物理环境、网络用户数量及负荷程度、其他设备的干扰。
对于小型全无线网络，设备可能在hoc模式下（点对点）表现出色，其中每个设备都可以对范围内的任何类似配置的设备进行检测、发生通讯。这种模式在网络硬件上无需很大支出。而对于大型网络，基础模式通常更合适。基础模式的通信线路是通过一个或多个无线接入点（ AP ）架设的 。
由于无线通讯是基于无线信号在空气中的传播，而物理环境又对网络性能起到决定性作用。任何障碍物—木头、金属、水泥—都会阻碍信号的传送。解决办法即有策略地布局接入点，无线路由和无线中继器等，以覆盖整个需要无线传输的区域。
网络的可靠性也取决于网络用户的数量和用户使用种类。单一的数据传输一般不占带宽；高负荷使用，如传输大文件或使用多媒体都会一定程度堵塞网络。使用802.11a或g标准（最大54 Mbps）比使用802.11b（最大11 Mbps）能获得更快的速度。
RF（无线电）频率干扰和EMC（电磁兼容性）问题降低网络可靠性，其他设备如无绳电话、蓝牙设备、甚至微波炉都会干扰无线信号接收。
降低其他设备的干扰可能涉及在一定范围内改变信道频率或转移至其他较空闲频率。例如与802.11b 和g标准兼容无线网络，使用2.4GHz频率，为许多设备共享的频率。转换到802.11a兼容的系统，该系统使用5GHz，虽然通信范围会小些，但是干扰较少。
无线标准取决于所允许的不重叠信道数量：802.11b和g允许3信道， 当同一个系统中有多于3个AP，频率必须重复使用。而802.11a中有更多信道。
有效性和I/O组件成本
一般所有无线网用户都会关心无线的安全和性能，但网络的有效性和I/O组件却是自动化行业关注的焦点。
现在，大多数无线产品自动化生产商供应的产品和他们常规产品有很大的不同。
无线的解决方案可能会被采购商收购或由独立部门进行开发。常规产品线的子产品能应用于模块载体或类似设备的无线使用上。
然而，这些解决方案可能会引发一些问题。
作为单独的无线或常规产品的子产品，无线I/O可能不包括应用上的需求特点，或者易于设计的特点，如户外设备布线的简便方法。例如，如果应用需要特定的信号输入或通道间隔离，无线I/O产品线就可能不能提供这些功能。供应的不足意味着较高代价的权变措施，甚至于可能取消无线的应用。
为了建立起来各种尺寸的无线网络，自动化工程师都认为他们必须要买特殊的无线组件。例如模块载体，I/O模块、底板和终端。几乎所有的案例中，客户为自动化安装无线网络，除了有线系统中要求的，还必须包含一个独立的无线模块备件清单，。特殊的组件和附加的备件增加了无线系统的成本。
最好的解决方案是寻找一个制造商，其无线能包括大量的I/O，且无需附加组件。理想的情况下，制造商的I/O线能独立于网络类型。
预先选择解决方案的必要性
自动化工程师在使用无线技术时遇到的另一个困扰来自于刚谈论到的有效性和成本问题：若供应商产品的是否包含无线功能的类型不同，工程师必须在项目初期就确定到底是使用无线还是有线通讯。他们必须事先指定组件并确定下联网方式。
在项目成型期，系统设计之初就必须确定下网络类型，从整体的方法到各方面的连接细节。
若所选方式存在问题，再去做出改变就意味着大量的时间和支出包括购买、安装、配置新组件还有重新设计等等。
这些额外的支出不仅包括I/O和网络硬件组件，还有用于授权、培训、编写无线I/O程序的软件成本。
理想情况下，自动化制造商设计的无线I/O更像传统意义上的笔记本电脑，兼具了有线和无线的功能，并适应无线和有线网络，提供同样的功能同时使用相同的软件。购买电脑之后，你可以根据环境任意选择有线或无线的网络类型。
解决无线的困扰
自动化制造商若能完成以下4点，或许能帮助工程师大大解决无线的问题：
? 包括对无线标准的宽度支持—不仅仅是802.11b—给予工程师选择权改善独立系统的可靠性
? 包括支持现有的最佳安全标准
? 提供全系列的无线I/O，（理想情况下，同一产品同时可用于有线网络）减少用于无线安装的额外组件或适配器的数量
? 根据需要，设计能与有线及无线以太网通讯的控制器和I/O
广泛支持无线标准
包括广泛支持无线标准在内，制造商能超越802.11b，并给予自动化工程师附加的选择去解决各独立的无线应用。
若支持囊括所有如今3种最常用的无线标准—IEEE-802.11a、 b和 g—工程师可以使用任何厂商的无线接入点，路由器和中继来构筑他们自己的无线网络。
根据系统需要，他们可以选择更高的5GHz频段来避免其他设备的干扰，或者选择一个更快的标准用于更大的数据量，也可以在特别和基本模式中做出选择来适配网络的大小和设计。
支持现行最好的安全模式
对于系统的安全，WEP已不再足够，即使WPA也不够理想。WPA2加密算法使用802.11i AES为工业无线应用提供了有力的保护。
然而，由于有些应用可能会用到旧标准或用不到高度安全传输，那么就需要支持所有3种标准—WEP， WPA， WPA2—并且向后兼容。
全系列无线I/O和减少无线组件数量
从自动化工程师的观点来看，单独的无线产品线—或者常规有线产品线的子产品—很难协调使用。但是同时在有线和无线网络环境下使用同一I/O组件能在设计、执行和使用阶段节约时间和成本。
在设计阶段，工程师能指定I/O，使用任意I/O运用于任一网络
在执行期间，相同的I/O安装和户外设备布线方法及成本可应用于2种网络；于是无需对技术人员进行再培训。若项目中的通讯在任意时段由有线转换为无线，无需增加I/O或现场布线的成本
在系统使用阶段，只需一套备件用于维护就足够，即使无线和有线I/O都在使用。
除此，若制造商无需很多无线组件，无线可能会更有吸引力。初始系统成本和购买备件的成本也将降低
控制器和I/O中有线和无线的支持
灵活性是指，无线控制器和I/O需要既能支持有线也能支持无线通讯，就像计算机。若控制器和I/O既可用于有线也可用于无线—或者更好，能同时进行—类似困难的决定无需在项目初期就下决定。若工程师使用无线技术设计一个项目，然后继续开发一个有线网络，但仍沿用相同的硬件。
在有线控制器和I/O上添加一个无线接口也为网络分段提供了新选择。例如，关键I/O和控制器通讯可以使用有线网络接口，这样关键维修、故障纠纷减少或本地HMI任务能通过类似配置的计算机无线地解决。
在计算机中，控制器和I/O的现有功能仍应保留，无论使用哪种网络。只有物理介质存在差异，所有I/O的特点和支持的协议还是一样的。
有些甚至软件也不变。因为控制和HMI程序不需要修改就可以同时在有线和无线网络上运行，所以就没有附加的涉及授权、培训、编程、维护等成本。
来自制造商的响应
一个参与了许多类似无线解决方案的自动化制造商，选择Opto 22的产品。公司最近在SNAP PAC系统中新增了无线功能—一个智能分布式系统，适用于工业自动化、远程监测及数据采集，而SNAP I/O，也可用于基于Allen-Bradley? Logix PLC和PC控制系统的远程I/O。
在Opto 22的SNAP PAC系统中，控制是分布在可编程自动化控制器（PAC）和智能远程I/O处理器（也称brain）。这些控制器和智能处理器也处理所有的系统通讯
同样的智能处理器或智能I/O处理器提供本地处理和用于A-B和PC系统的SNAP I/O通讯
Opto 22已对其控制器新增了无线LAN功能，而智能处理器也不需要删除现有的通讯功能
有线和无线支持
一个SNAP PAC控制器有2个独立以太接口（2个IP地址；2个网络接口，或NIC））。
这2个接口可用于冗余链接或网络分段。添加无线支持功能意味着PAC拥有3个以太接口（3个IP地址；三个NIC）——2个有线和1个无线。若有需要，无线控制器能将无线网络分段至有线网络，并提供一个冗余链接。
做为对比，一个SNAP PAC智能处理器拥有2个可转换以太网接口（1个IP地址；1一个NIC）。若有需要，可转换接口允许智能I/O处理器呈菊花链状连接。对智能处理器新增无线功能，使得增加了第2个IP地址，这样智能处理器能 根据应用需要，通过有线或无线任一网络通讯。
无论使用有线还是无线，这些控制器和智能处理器均保留了原有功能。
无线同样支持所有有线以太网接口支持的标准工业协议。这些协议包括ODVA的 EtherNet/IP?， Modbus?/TCP， OptoMMP， SNMP， SMTP， FTP。
另外，同一控制和HMI开发软件可用于任何物理网络，因为物理层是抽象的，PAC上运行的控制程序不需要为无线通讯做任何修改。
用于无线和有线网络的通讯建立在相同的组态软件上，并且可以同时完成，或者稍后加入一种网络类型。
完整的I/O产品线
因为Opto 22只对旗下控制器和智能处理器新增了无线功能，公司供应的I/O模块。机架和其他组件是否也可应用有线或无线？答案是无需添加任何无线组件。
完整的模拟、数字及串口SNAP I/O模块都已为工程师们使用任意网络而准备—一个重要的原因是公司以其齐全和可靠的I/O而闻名。
现有Opto 22的客户也会发现测试或切换至无线非常容易：他们只要替换现有智能处理器或机架控制器至有线/无线型的即可。而机架、I/O模块、室外布线及所有其他通讯和处理功能均不受影响。
支持多重无线和安全标准
Opto 22的控制器和智能处理器在特别和基本模式中都支持802.11a， b，和g。工程师们可以使用更高频的位于5GHz的802.11a标准来避免干扰；也可以使用更快速的802.11g标准来获得更出色的性能。
工程师么亦可使用WPA2/AES运算来获得安全的传输，如果需要的话，使用WEP或WPA可向后兼容。Opto 22的控制器和智能处理器支持所有3种标准。
结论
Opto 22的无线解决方案在自动化界独树一帜，Opto 22的无线控制器和I/O：
无线系统安全可以使用政府和工业颁布的最新标准。
系统性能和可靠程度的最大化通过更宽程度对无线标准的支持来获得，这样能给予工程师们在如何实施系统设计以获得最好的结果时更多的选择。
公司现有完整的模拟、数字和串口SNAP I/O模块供无线使用，而不用添加其他附件，相同的备件可以同时使用在系统的有线和无线部分。
网络类型的选择可以在项目的任意时段进行更改，因为相同的硬件可以在有线和无线通讯件转换或者兼具两者。
Opto 22 有线/无线可编程控制器及SNAP I/O
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工业自动化与无线
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安全性
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无线网络的安全性一直在被质疑。站在公寓大楼外面，用笔记本检查无线网络是否可用，多少人无需密码就可以连上？但是尽管个人无线网络经常存在不安全因素，在过去的几年中，已开发出了许多商业、工业和政府应用的安全标准，并且被多数机构予以采用。
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更安全的传输算法所取代。
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由于无线通讯是基于无线信号在空气中的传播，而物理环境又对网络性能起到决定性作用。任何障碍物—木头、金属、水泥—都会阻碍信号的传送。解决办法即有策略地布局接入点，无线路由和无线中继器等，以覆盖整个需要无线传输的区域。
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网络的可靠性也取决于网络用户的数量和用户使用种类。单一的数据传输一般不占带宽；高负荷使用，如传输大文件或使用多媒体都会一定程度堵塞网络。使用802.11a或g标准（最大54 Mbps）比使用802.11b（最大11 Mbps）能获得更快的速度。
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现在，大多数无线产品自动化生产商供应的产品和他们常规产品有很大的不同。
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理想情况下，自动化制造商设计的无线I/O更像传统意义上的笔记本电脑，兼具了有线和无线的功能，并适应无线和有线网络，提供同样的功能同时使用相同的软件。购买电脑之后，你可以根据环境任意选择有线或无线的网络类型。
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然而，由于有些应用可能会用到旧标准或用不到高度安全传输，那么就需要支持所有3种标准—WEP， WPA， WPA2—并且向后兼容。
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用于无线和有线网络的通讯建立在相同的组态软件上，并且可以同时完成，或者稍后加入一种网络类型。
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完整的I/O产品线
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因为Opto 22只对旗下控制器和智能处理器新增了无线功能，公司供应的I/O模块。机架和其他组件是否也可应用有线或无线？答案是无需添加任何无线组件。
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完整的模拟、数字及串口SNAP I/O模块都已为工程师们使用任意网络而准备—一个重要的原因是公司以其齐全和可靠的I/O而闻名。
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现有Opto 22的客户也会发现测试或切换至无线非常容易：他们只要替换现有智能处理器或机架控制器至有线/无线型的即可。而机架、I/O模块、室外布线及所有其他通讯和处理功能均不受影响。
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支持多重无线和安全标准
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Opto 22的控制器和智能处理器在特别和基本模式中都支持802.11a， b，和g。工程师们可以使用更高频的位于5GHz的802.11a标准来避免干扰；也可以使用更快速的802.11g标准来获得更出色的性能。
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工程师么亦可使用WPA2/AES运算来获得安全的传输，如果需要的话，使用WEP或WPA可向后兼容。Opto 22的控制器和智能处理器支持所有3种标准。
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结论
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Opto 22的无线解决方案在自动化界独树一帜，Opto 22的无线控制器和I/O：
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无线系统安全可以使用政府和工业颁布的最新标准。
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系统性能和可靠程度的最大化通过更宽程度对无线标准的支持来获得，这样能给予工程师们在如何实施系统设计以获得最好的结果时更多的选择。
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公司现有完整的模拟、数字和串口SNAP I/O模块供无线使用，而不用添加其他附件，相同的备件可以同时使用在系统的有线和无线部分。
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网络类型的选择可以在项目的任意时段进行更改，因为相同的硬件可以在有线和无线通讯件转换或者兼具两者。
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Opto 22 有线/无线可编程控制器及SNAP I/O
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