我们可以采用无线传感器了吗？

来源: ControlDesign.com We need wireless sensors for vibration monitoring, temperature sensing, presence sensing, and other machine monitoring and control applications. These sensors need to be inexpensive, reliable, and easily connectable to our PLC and PC-based control systems. Do wireless sensors that meet our qualifications exist, or are we asking too much too soon? 工程师想知道哪些可靠的，容易连接的无线传感器能用于震动监视、温度和存在传感以及其它监视和控制应用的场合。 问题： 我们需要用于振动监视、温度传感、存在传感以及其它机器监视和控制应用的无线传感器。这些传感器应是便宜的，可靠的，并且容易连接到我们的PLC和基于PC的控制系统。满足我们要求的无线传感器存在吗？或者我们的要求多久能满足？ 答案： 我还没有见过任何无线传感器能满足这些应用，但是我发现它们对设备的预防性维护是有用的。我一直在提倡：运动控制供应商应考虑至少把震动传感作为他们的电机或控制器设计的一部分，从而更容易为OEM提供这种功能，而不需要增加分离的传感器、I/O及其逻辑。特别是现在越来越多的设备趋于无轴化，这个特点非常有益。这种概念不会消除机器制造商在此领域寻找设备的需要，这个领域需要监视，并不是独立运行的。 Goss International Americas公司 研发部电气工程经理Chris Cote 艰难的销售 以我在物料输送行业的经验，使我们的客户使用网络化现场总线I/O有时非常艰难。因此用无线传感器作为I/O质疑可能会多一点。如果无线传感器能用于监视不特别关键的控制，我能发现可靠的，便宜的无线传感器会有增长的需求。维护人员必须容易维护和配置这些传感器。根据无线传感器所应用的工业，有不同的需要和要求。这些传感器不能只用于某一行业，其它行业也有即时需要，使无线传感器在过程控制中扮演需要的角色。 Smoot--Division of Magnum Systems 电气设计&控制 orm Seidel 如何做 在过去的两年中，无线传感器技术的实用性已经有了很大的飞跃，便宜的、可靠的、容易与PLC及计算机连接的无线传感器网络已经面市。 以下涉及无线网络，例如, Banner Engineering公司的SureCross系统,包括一个或多个连接到一个节点的传感器，这个节点从这些传感器采集数据并传送到网关上。需要特别注意的是：多个不同类型的传感器能够连接到一个节点上，因此，你能同时从一个节点监视温度、振动、存在以及许多其它变量。这个网关能接收多个节点发送的数据，能直接控制机器或者连接到一个控制设备（不是安全设备）、PLC或PC。这种网络架构可以进行双向信号校验，因此，所有设备都能响应它们从发送设备接收的通讯信息。 网络用来维持它的信号的方法会影响它的可靠性。最可靠且性价比最高的方法是跳频扩频(FHSS)。传感器采集的信息以小的信息包以被称为跳模的独特的方式通过许多无线电频率发送。如果在某个频率上发生干扰，阻止了数据包的接收，发送器会自动切换到该方式的下一个频率，并重新发送数据包。 在节点和网关之间的信号被中断的实例极少，连接到网络的设备能完成用户特定的工作。例如，如果网关与一个用于监视被泵抽到容器中的流体的液位的超声波传感器失去通讯连接，这个泵就会停止，直到信号被恢复。 这种无线网络的一部分好处是：能以各种方式集成到现有工业系统，能独立地操作一台机器或能连接一台PLC或个人电脑软件。这种无线网络支持的通讯协议包括EtherNet/IP、 Modbus RTU (RS485/RS232) 、Modbus TCP/IP和 RS485/RS232。 带有一个网关和一个节点的一个简单的无线网络的成本大约是1500美元，远比硬接线的性价比高，而且在很多应用中被证明是值得的。 Sensonix公司主席Ty Fayfield 与现场总线连接 如果每个传感器都是无线的，那么解决方案不是现场总线。但是如果这些传感器的物理布置允许它们连接到现场总线或者连接到兼容现场总线的I/O模块，通过无线连接那个点，可以使用无线Profibus 或Profinet。这种情况可包括：使用滑环不现实的旋转机器，布满电缆不现实的线性运动机器，或自动控制的机器，比如自动导向小车（AGV）。这些应用是常用的，而且有许多支持Profibus 或 Profinet无线连接的供应商。事实上，标准的IEEE 802.11协议无线组件可以用Profinet。这种方法带来额外的好处：集成安全功能。Profisafe通过Profibus 和 Profinet用标准现场总线无缝地集成安全。已经安装很多使用无线和Profinet的应用。 Profibus 和 Profinet 北美代理 Carl Henning 还没有接近应用 我认为机器制造商和工厂自动化对无线传感器的认可是由于无线传感器可以为精密控制、预测性维护和更高效率的操作提供额外的数据点。存在一定的技术为传感器通讯提供可靠的、容易接口的无线解决方案。 当然，便宜是相对的，我认为，消除他们的传感器接线或采用新的传感器应用，机器制造商期待的每个节点的价格是不存在的。 也就是说，在工业领域每天有新的无线技术和产品，这些技术和产品会帮助降低价格。一些标准活动(以IEEE 802.15.4为标准 )保持不同制造商的产品的互操作性，因经济规模扩大而得到的经济节约会降低价格。现在争论的技术问题是怎样使基于这种技术的产品真正足够鲁棒以及可靠地用于车间级应用。我预料在未来几年这个问题将会解决。 菲尼克斯接触器（Phoenix Contact）公司接口产品生产线产品市场经理Pat McCurdy 注意选型和细节 无线传感器已应用至少十年。无线传感器替代有线传感器网络实现监视和控制应用是当前快速发展并且很受欢迎的一种趋势。 两个主要因素影响现在的无线传感器用户。第一个是有线传感器不断增长的成本，包括电缆、配线、劳动力以及其他与安装相关的成本、试车、测试等其它成本。无线系统有望降低这些成本。第二个因素是无线传感器与有线传感器相比，能提供引人注目的优点，例如，无线传感器更便于维护，便于重新布置传感器，更具有灵活性。 最流行的和应用广泛的有线传感器网络是基于RS485或控制器局域网（CAN）。这种网络被广泛的应用于工业建筑、工厂、仓库和其它商业建筑。现在有一些快速无线化有线网络的无线标准，主要是蓝牙（Bluetooth）、ZigBee、 Z-Wave以及即将出现的 Wibree。 蓝牙是一种成熟的标准，而且已大规模商用，但是蓝牙技术及其高速数据传输率使它更适合、更受欢迎用于移动电话语音和数据链接的附加功能。然而，用于蓝牙解决方案的电子技术决定了它昂贵的成本，因此扼杀了传感应用。 Z-Wave 是Z-Wave联盟（Z-Wave Alliance）推出的一个标准，它能提供整个无线传感器网络解决方案。Wibree 是诺基亚及其合作伙伴推出的一种标准，作为实现移动电话短程的无线功能，而它的成本只有蓝牙的一小部分。 ZigBee标准专门开发用于无线传感器网络，ZigBee Alliance订户和会员可以使用。许多大的控制设备制造商、半导体制造商和传感器设备制造商支持ZigBee 联盟。在这些支持下，ZigBee毫无争论地受到高度欢迎。与Z-Wave 和 Bluetooth相比，有更大的安装应用。还有几种其它的应用好的私有解决方案（一些私有解决方案是这些标准的定制版）。 基于ZigBee无线传感器的商业应用在过去几年不断增长。当然也有基于Z-Wave和蓝牙的产品，但是它们的使用范围和规模都不大。基于Wibree的产品的商业应用同样不出名。 现在，无线传感器可用于很多场所。这些解决方案来自于系统集成商和无线传感器网络解决方案供应商。方案供应商通过设计、组装不同的离散元件和典型的无线传感器设备模块（包括传感器本身）、生产这些产品从而供应这些产品。集成控制设备和传感器制造商提供的无线传感器，单模块解决方案有望在2007年三、四季度实现应用。 随着无线传感器和传感器网络不断扩大的应用，无线传感器成本急剧下降。如果这些设备和系统被工业产品制造巨头（例如， Johnson Controls, Honeywell, Eaton, Philips等）大规模使用，那么成本将会进一步降低。这些公司正处在利用无线构建解决方案的过程中。当他们的无线解决方案投放市场后，有些公司有望节约20％的配线和维护成本，这种好处不久会惠及到用户。竞争也会调节这些无线产品的价格。 产品的可靠性是成功的关键因素，也是决定产品在市场上成功与普及的因素。为了保证可靠性，无线传感器设备制造商对他们的产品进行可靠性工程测试，比如压力测试，老化测试。我们对产品还做了一套额外的安全性测试：模拟恶劣的现场环境和噪声射频环境。 有些无线传感器设备由于它们自身或其它无线网络（例如WiFi）的干扰而降低性能。这些干扰环境作为可靠性测试的一部分也需要在实验室模拟和测试。通过这些测试实现制造质量保证，无线传感器设备表现很好的可靠性。尽管如此，还建议用户在大批量使用无线传感器之前，先用一部分无线传感器进行全面的现场试验。 同类无线解决方案替代有线传感器系统是可实现的。与PLC或基于 PC的系统的连接就像通过标准接口（例如RS 232）插拔和配置那样简单。温度、存在、振动传感器能很容易集成到这些无线平台上，并在软件工具的帮助下很快地完成配置，好多解决方案供应商都提供这种软件。 Airbee Wireless公司首席技术工程师Ram Satagopan 实例和问题 这是设备供应商和最终用户经常提出的问题。它是通过无线通讯实现的固有好处的强烈指示。 考虑这个问题当前的观点，有两种解决问题的方法。第一种方法是引用问题中用于测量应用的无线传感器的特定例子。第二种方法是通过帮助机器制造商把他们的需求联系到无线技术供应商提供的产品来解决成本、可靠性、易用性和用于工业环境的无线传感器价值。 <