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WaimanTong
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土匪温柔

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自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下,利用附加装置(自动控制装置)使生产过程或生产机械(被控对象)自动地按照某种规律(控制目标)运行,使被控对象的一个或几个物理量(如温度、压力、流量、位移和转速等)或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能,以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识;自动控制系统的分析与综合;控制用计算机(能作数字运算和逻辑运算的控制机)的构造原理和实现方法。自动控制技术是当代发展迅速,应用广泛,最引人瞩目的高技术之一;是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术;是自动化领域的重要组成部分。自动控制技术有很强的应用背景,无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上,或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上;无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上,或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的,对于研究原子能的应用,研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。近年来自动控制技术发展迅猛,特别是计算机技术、网络和通信技术发展的突飞猛进,使人们籍助于许多使能技术的进步和一些开发工具的扩大,将人们构思的自动操作得以付诸实现。如网络控制技术、可编程控制器等均属于自动化控制技术中的使能技术。自动控制技术正向着网络化、集成化、分布化、节点节能化的方向发展。自动控制技术领域为广大用户提供的科学数据主要包括自动控制理论和方法、自动控制系统、控制软件技术、自动控制设备、可靠性技术、功能安全技术等6个数据集。自动控制理论与方法数据集:主要包括自动控制的基本理论,其中包含决策分析和博弈、多级递阶和分散控制、稳定性和鲁棒性、决策支持系统、自适应、自学习、自校正等数据。系统的建模与仿真、图像处理与模式识别、智能计算与控制均有大量基础数据。并且提供了自动控制最新理论与方法,其中包含基于网络的控制、对象模型不确定系统和鲁棒性、协调控制相关数据。自动控制系统数据集:主要包括自动控制系统体系结构,技术规范,系统集成及典型系统——分布式控制系统(DCS)、基于现场总线的控制系统(FCS)、可编程自动化系统(PAC)、数据采集和监督控制系统(SCADA)相关数据,在典型系统中我们采集了每个系统的应用实例及一些国际知名厂商的典型产品,为用户提供最新、优质、全面、可靠的技术规范。控制软件技术数据集:包括了常规PID控制和先进控制软件:多变量模型预测控制、专家系统、模糊控制及人工神经网络控制组态软件相关基础数据。详细介绍了制造执行系统MES,包含制造执行系统概述、制造执行系统有关的国际标准、实用的制造执行系统软件等数据。自动控制设备数据集:包括可编程序控制器、嵌入式控制器、工业控制计算机、分布式I/O、变频驱动器以及运动控制和伺服控制设备的体系结构、性能参数、技术参数及工业控制用编程语言,并且提供典型产品的基础数据。可靠性技术数据集:包括可靠性概述、可靠性有关国际标准、故障诊断、可靠性设计数据,为技术人员进行产品设计提供重要参考数据。功能安全技术数据集:包括其基本概念、电气/电子/可编程电子安全以及行业适用的功能安全国际标准及风险评价、安全性设计、网络通信安全等数据。自动控制的原理和方法,自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以自动控制理论为基础,以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具,面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控(制)管(理)结合,强(电)弱(电)并重,软(件)硬(件)兼施”鲜明的特点,是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。学生在毕业后能从事自动控制、自动化、信号与数据处理及计算机应用等方面的技术工作。就业领域也非常宽广,包括高科技公司、科研院所、设计单位、大专院校、金融系统、通信系统、税务、外贸、工商、铁道、民航、海关、工矿企业及政府和科技部门等自动控制技术是对设备进行技术改造和推动技术发展的重要手段,在科研、生产乃至家庭生活等各个领域得到了广泛的应用。在工农业生产和日常生活中,自动控制的例子是很多的。工业生产设备的自动化,可以改善劳动条件,增加产量,提高质量,提高企业的经济效益;军事装备的自动化,可以提高武器的精度、速度和战术技术性能;在许多人们无法接近的场合,自动控制将是解决问题的惟一的技术手段。近年来,随着电子元器件和电路技术的迅速发展,尤其是计算机技术的推广应用,为自动控制技术的发展增添了新的活力。为了普及自动控制知识,满足技术革新和技术改造以及自动控制人员岗位培训的需要本书主要讲述自动控制电路的设计、制作与调试,从基本知识讲起,介绍自动控制系统的基本组成、常用传感器、基本单元电路和终端执行机构等的原理和应用技术。在此基础上,介绍自动控制电路的一般设计思路、分析方法;以及设计自动控制电路时应注意的问题。最后详细讲解温度自动控制、灯光自动控制、时间自动控制、液位自动控制、湿度自动控制等自动监控类电路的特点、原理、识图方法以及实例分析。学习这些典型实例,可以开拓读者的设计思路,从中得到启发,并可作为实际制作时的参考。自动化控制(automation control ),广义来说,通常是指不需借着人力亲自操作机器或机构,而能利用动物以外的其他装置元件或能源,来达成人类所期盼执行的工作。更狭义地说即是以生化、机电、电脑、通讯、水利、蒸汽等科学知识与应用工具,进行设计来代替人力或减轻人力或简化人类工作程序的机构机制,皆可称之。自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下,利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响,以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看,它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。基础的结论是由诺伯特·维纳,鲁道夫·卡尔曼提出的。
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sylviali1109

控制理论与控制工程(研究生)毕业出来后可以从事这些行业:自动化类的软件、硬件开发。嵌入式开发。也可在高校搞理论研究。但一般得是博士。这方面的理论研究内容很丰富,可发很多高水平论文,当然也得看个人能力。主要研究方向控制理论与智能控制从事混沌预测控制、神经网络控制、非线性系统辨识、鲁棒控制理论及应用的研究。在理论研究的同时注重与实践的结合,结合控制算法研究开展了智能仪表、智能设备等的智能控制研究。计算机控制以及系统工程和控制网络技术从事铁路运输自动化、容错控制技术、虚拟现实、模式识别、检测技术、人工智能、运动控制以及系统工程和控制网络技术等方向的研究工作。该方向以应用为主,注重系统集成和工程应用。三、从业领域主要从业领域为:控制理论、控制技术和控制系统工程的研究;大专院校、科研院所和企业从事控制理论教学研究、控制系统应用开发和工程设计。四、主要相关学科模式识别与智能系统、检测技术与自动化装置、系统工程、计算机应用技术、机械制造及其自动化、机械电子工程、电力系统及其自动化、应用数学等学科。

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有心便是海

论文摘要:工业以太网控制系统是集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)之后产生的一种新型的工业控制系统。本文简要介绍了工业以太网的特点,并详细论述了工业以太网在控制领域的应用现状以及以太网交换技术的发展趋势,并提出了以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接,形成企业级管控一体化的全开放网络的观点。  传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础,随着IT技术的飞速发展和工业自动化要求的不断提高,工业控制网络所担负的工作越来越重。与数据信息网络不同,工业控制领域需要一种高速廉价、实时性和开放性好、稳定性和准确性高的网络。以太网(Ethernet)技术支持几乎所有的网络协议,所以在数据信息网络中得到广泛应用,具有传输速度高、低能耗、便于安装、兼容性好、开放性高和支持设备等多方面的优势。工业以太网的开放性使得工业控制网络和企业信息网络的无缝整合方面具有无可比拟的优势。  一、工业以太网技术的特点  以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点,已成为最受欢迎的通信网络之一。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。以太网技术引入工业控制领域,其技术优势非常明显:  (一)Ethernet是全开放、全数字化的网络,遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联。  (二)以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接,形成企业级管控一体化的全开放网络。  (三)软硬件成本低廉,由于以太网技术已经非常成熟,支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持,有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择。  (四)通信速率高,随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高,对信息量的需求也越来越大,有时甚至需要音频、视频数据的传输,目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用,千兆以太网技术也逐渐成熟,10G以太网也正在研究,其速率比目前的现场总线快很多。  (五)可持续发展潜力大,在这信息瞬息万变的时代,企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络,信息技术与通信技术的发展将更加迅速,也更加成熟,由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。  二、工业以太网在控制领域应用现状  工业以太网与现场总线相比,它能提供一个开放的标准,是企业从现场控制到管理层实现全面的无缝的信息集成,解决了由于协议上的不同导致的“自动化孤岛”问题,但从目前的发展看,工业以太网在控制领域的应用主要体现在以下几种形式。  (一)混合Ethernet/Fieldbus的网络结构  这种结构实际上就是信息网络和控制网络的一种典型的集成形式。以太网正在逐步向现场设备级深入发展,并尽可能的和其他网络形式走向融合,但以太网和TCP/IP原本不是面向控制领域的,在体系结构、协议规则、物理介质、数据、软件、实验环境等诸多方面并不成熟,而现场总线能完全满足现代企业对底层控制网络的基本要求,实现真正的全分布式系统。因此,在企业信息层采用以太网,而在底层设备级采用现场总线,通过通信控制器实现两者的信息交换。  (二)专用工业以太控制网络  如何利用工业以太网单独作为控制网络是工业以太网的发展方向之一,也是工业控制领域的研究热点之一。如德国Jetter AG公司的新一代控制系统JetWeb,是融现场总线技术、100Mb/s以太网技术、CNC技术、PLC技术、可视化人机接口技术和全球化生产管理技术为一体的工业自动化控制系统,同时具有广泛的兼容性,可兼容第三方自动化控制产品,提出“网络就是控制器”的观点,是取代所有底层现场总线的工业网络结构。这种工业控制网络是将以太网贯穿于整个网络各层次,使它成为透明的覆盖整个企业范围的应用实体。它实现了办公自动化与工业自动化的无缝结合,实质上是一个单层的扁平结构,其良好的可扩展性和互连性,使之成为真正意义上的全开放网络体系结构的大统一。  (三)基于Web的网络监控平台  嵌入式以太网是最近网络应用热点,就是通过Internet使所有连接网络的设备彼此互通,从计算机、PDA、通信设备到仪器仪表、家用电器等。在企业内部,可以利用企业信息网络,进行工厂实时运行数据的发布和显示,管理者通过Web浏览器对现场工况进行实时远程监控、远程设备调试和远程设备故障诊断和处理。实现的最简单办法就是采用独立的以太网控制器,连接具有TCP/IP界面的控制主机以及具有RS-232或RS-485接口的现场设备。以太网控制器在这里扮演了通用计算机网络和现场各类设备之间的一个桥梁。  三、以太网交换技术的发展趋势  以太网和通信技术的突飞猛进,促使工业以太网技术进一步发展。目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了广泛应用,并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。从目前国际、国内工业以太网技术的发展来看,目前工业以太网在制造执行层已得到广泛应用,并成为事实上的标准。未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。总的来说,工业以太网技术的发展趋势将体现在以下几个方面:  (一)工业以太网与现场总线相结合  工业以太网技术的研究还只是近几年才引起国内外工控专家的关注。而现场总线经过十几年的发展,在技术上日渐成熟,在市场上也开始了全面推广,并且形成了一定的市场。就目前而言,全面代替现场总线还存在一些问题,需要进一步深入研究基于工业以太网的全新控制系统体系结构,开发出基于工业以太网的系列产品。  (二)工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋  随着以太网通信速率的提高、全双工通信、交换技术的发展,为以太网的通信确定性的解决提供了技术基础,从而消除了以太网直接应用于工业现场设备间通信的主要障碍,为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。为此,国际电工委员会IEC正着手起草实时以太网(Real-time Ethernet, RTE)标准,旨在推动以太网技术在工业控制领域的全面应用。  (三)基于Web的网络监控平台  嵌入式以太网是最近网络应用热点,就是通过Internet使所有连接网络的设备彼此互通,从计算机、PDA、通信设备到仪器仪表、家用电器等。在企业内部,可以利用企业信息网络,进行工厂实时运行数据的发布和显示,管理者通过Web浏览器对现场工况进行实时远程监控、远程设备调试和远程设备故障诊断和处理。实现的最简单办法就是采用独立的以太网控制器,连接具有TCP/IP界面的控制主机以及具有RS-232或RS-485接口的现场设备。以太网控制器在这里扮演了通用计算机网络和现场各类设备之间的一个桥梁。  三、以太网交换技术的发展趋势  以太网和通信技术的突飞猛进,促使工业以太网技术进一步发展。目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了广泛应用,并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。从目前国际、国内工业以太网技术的发展来看,目前工业以太网在制造执行层已得到广泛应用,并成为事实上的标准。未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。总的来说,工业以太网技术的发展趋势将体现在以下几个方面:  (一)工业以太网与现场总线相结合  工业以太网技术的研究还只是近几年才引起国内外工控专家的关注。而现场总线经过十几年的发展,在技术上日渐成熟,在市场上也开始了全面推广,并且形成了一定的市场。就目前而言,全面代替现场总线还存在一些问题,需要进一步深入研究基于工业以太网的全新控制系统体系结构,开发出基于工业以太网的系列产品。  (二)工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋  随着以太网通信速率的提高、全双工通信、交换技术的发展,为以太网的通信确定性的解决提供了技术基础,从而消除了以太网直接应用于工业现场设备间通信的主要障碍,为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。为此,国际电工委员会IEC正着手起草实时以太网(Real-time Ethernet, RTE)标准,旨在推动以太网技术在工业控制领域的全面应用。

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袜子飞了

在工业控制系统中,应用现场总线技术、以太网技术等,可实现系统的网络化,提高系统的性能和开放性,但是这些控制网络一般都是基于有线的网络。有线网络高速稳定,满足了大部分场合工业组网的需要。但是,有线网络只能沿着一维的线路传输数据,传输需要导体介质,因而带来规划布线、预设接口、线路检测、线路扩容等一系列和传输途径有关的工作,并且这些工作不可避免地具有破坏建筑、浪费接口、检修困难、扩展困难的弊病。在现代控制网络中,许多自动化设备要求具有更高的灵活性和可移动性,当工业设备处在不能布线的环境中或者是装载在车辆等运动机械的情况下,是难以使用有线网络的。与此相对应,无线网络向三维空间传送数据,中间无需传输介质,只要在组网区域安装接入点(Access Point)设备,就可以建立局域网;移动终端只要安装了无线网卡就可以在接收范围内自由接入网络。总之,在网络建设的灵活性、便捷性、扩展性方面,无线网络有独特的优势,因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展,无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。一、无线局域网简介一般来说,凡是采用无线传输媒体的局域网都可称为无线局域网。这里的无线媒体可以是无线电波、红外线或激光。无线局域网(Wireless LAN)技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备,人们可随时、随地、随意地访问网络资源,是现代数据通信系统发展的重要方向。无线局域网可以在不采用网络电缆线的情况下,提供网络互联功能。无线协议简介无线局域网络协议标准建立至今已有较长时间,但由于无线局域网速度低、协议标准不统一、价格昂贵,用户为保护投资,不愿意使用无线网络,因此无线局域网并没有得到广泛应用。近几年来,随着速率较高的无线通讯协议开始推出,无线局域网得到快速发展。IEEE11是IEEE802标准委员会在1997年通过的第一个无线局域网的国际标准。1999年9月,该委员会又颁布了IEEE11b标准,包含了ISO/OSI模型的物理层和媒体访问控制层(MAC)。该标准工作在4 GHz,传输速率可达11 Mbps。 IEEE11b标准将节点设备分为基站和客户站,各客户站相互间可直接通信,也可在基站的统一管理下进行通信。一个基站与一组客户站的连接称为基本服务集BSS(Basic Service Set),两个或多个BSS构成扩展服务集。IEEE11b标准规定了物理层的三种实现方法,即跳频扩展频谱方式FHSS、直接序列扩展频谱方式DSSS和红外技术IR。在MAC层采用CSMA/CA(载波侦听多路访问/碰撞避免)技术进行通信介质访问。为了尽量减少冲突。11b设计了独特的MAC子层,如图1所示。下面的一层叫做分布协调功能DCF(Distributed Coordination Function)子层,该子层使各个节点采用竞争的方式使用信道,向上提供争用服务。这种信道接入方式可能会导致冲突的发生,但是对信道的利用率较高。上面的一层叫做点协调功能PCF(Point Coordination Function) 图1 IEEE11的MAC子层子层,该子层使用集中控制的接入算法,基站以轮询的方式将通信权轮流交给各个客户站,从而避免了冲突的发生。但是基站需要周期性的轮询所有客户站,需要占用大量的时间,因此适用于中、小型网络。无线局域网的技术还在不断发展。美国Radia-ta和Atheros公司分别宣布将推出IEEE11a芯片组。11a的数据传输速率为54 Mbps。Atheros公司宣称,他们的芯片组在“Turbomode”(强化模式)下,速率可以达到72 Mbps。对11a来说,不仅仅是传输速率的提高,它将工作在5 GHz的频率上,从而避开了拥挤的4 GHz频段。2001年11月15日,IEEE试验性地批准了一种新技术11g,该技术可以提升家庭、公司和公共场所的无线互联网接入速度,该技术使无线网络每秒传输速度也可达54 Mbps,比现在通用的11b要快5倍,并且和11b兼容。以上介绍的技术标准可通过下表1进行对比。表1 技术标准、频率分配及传输速率技术标准 制定年份 频率占用 最高速率 调制技术 11 1997 4GHz 2Mbps FHSS 11b 1999 4GHz 11Mbps DSSS 11a 1999 5GHz 54Mbps OFDM 11g 2000 4GHz 54Mbps DSSS说明:11、11b、11g都工作在4GHz的ISM(工业、科学、医疗)公共频段,无需向无委申请;而11a工作在5GHz频段,该频段目前暂不开放,需要申请。11a和11g物理层速率最高都可达54Mbps,传输层速率最高也可达25Mbps,但稳定性有待进一步改善,且成本也较高。而11b最高速率可达11Mbps,因为起步较早,技术较为成熟,成本也不高,将是未来最有前途的无线局域网标准,下面重点介绍11b标准。二、IEEE 11b无线网络标准1. 无线局域网的物理层无线局域网同传统有线局域网的区别,表现在物理层上就是无线局域网一般用无线电作为传输介质,而不是传统的电缆。对于IEEE 11b无线局域网,有三种可选物理层:跳频扩频(FHSS)物理层、直接序列扩频(DSSS)物理层和红外线(IR)物理层。物理层的选择取决于实际应用的要求。跳频扩频和直接序列扩频是通信技术中两种常用的扩展频谱技术,用以提高无线信道的利用率和数据通信的安全性。目前大多数基于IEEE 11b的无线局域网产品的物理层介质工作在4000~4835GHz的无线射频频段(ISM频段),采用直接序列扩展频谱技术以提供高达11Mbps的数据传输速率。2. 无线局域网的MAC协议原则上讲,无线局域网的MAC协议和有线局域网的MAC协议并无本质上的区别。然而,由于无线传输媒体固有的特性以及移动性的影响,无线局域网的MAC协议不能沿用原有的局域网协议。例如,IEEE 3的MAC层采用CSMA/CD来使各个不同的站点共享同一物理信道。而实现CSMA/CD的一个重要前提是,各站点能够非常容易地实现冲突检测功能。在有线局域网(如以太网)的情况下,可根据检测电缆线上直流分量的变化容易地实现冲突检测。然而在使用无线传输媒体时,由于以下的原因,很难实现冲突检测。1) 冲突检测的能力要求各站能同时发送(发送自己的信号)和接收(决定其他站的传输是否干扰自己的传输),这将增加信道的花费。2) 更重要的是,由于隐藏终端问题的存在,即使一个站有冲突检测的能力,并已经在发送时检测到冲突,在接收端仍然会有冲突发生。鉴于以上原因,无线局域网协议标准IEEE 11b采用了一种具有冲突避免的载波监听多路访问(CSMA/CA)协议实现无线信道的共享。一种简单的CSMA/CA可实现如下:在数据包传输之前,无线设备将先进行监听,看是否有其他无线设备正在传输。若传输正在进行,该设备将等待一段随机决定的时间,然后再监听,若没有其他设备正在使用介质,该设备开始传输数据;因为很有可能在一个设备传输数据的同时,另一个设备也开始传输数据,为了避免此类冲突造成的数据丢失,接收设备检测所收到的分组的CRC,如果正确,则向发送设备传输一个确认信息(acknowledgement)以指示没有冲突发生。否则,发送设备将重复上述CSMA/CA过程。为了使两个无线设备同时进行传输(这将导致冲突)的可能性减到最小,11设计者使用称为发送请求/清除以发送(RTS/CTS)的机制。例如:若数据到达无线节点指定的无线访问点(AP),该AP将给那个无线节点发送一个RTS帧,请求一定量的时间向它传输数据,无线节点将用CTS帧进行回应,表示它将阻止任何其他的通信,直到AP发送完数据为止。其他无线节点也能听到正在发生的数据传输,并把它们的传输延迟到那段时间之后。在这种方式下,数据在节点之间进行传递时,由设备导致的在介质上产生冲突的可能性最小。这种传输机制同时解决了无线局域网中的隐藏终端问题。为了确保数据在传输中不丢失,CSMA/CA还引入了确认(ACK)机制,接收者在收到数据后,向发送单元发一个确认通知ACK。若发送者没有收到ACK,表明数据丢失,将再次传输该数据。3. 无线局域网实时性性能分析IEEE 11b无线局域网标准在媒体访问控制层采用CSMA/CA协议以实现无线信道的共享。在网络负荷较轻的情况下,发生冲突的机会很少,再加上一些无线网络产品采取了一些附加的措施,甚至可以完全避免冲突的发生。如Wi-LAN的无线产品AWE 120-24无线网络桥接器利用动态时间分配轮询的方式:当有多个无线远端设备要与基站通信时,基站会根据远端站的ID依次询问各个远端站是否有数据要发送,如果有数据要发送,就给其分配时间片,如果没有,则会继续向下询问,周而复始。这里的所谓动态轮询是指用户可以设置基站的轮询方式,对于非活动站减少对其询问的次数,这样可以保证时间片不会被浪费。动态时间分配轮询技术完全避免了冲突的发生,可以获得比CSMA/CA更好的实时性。这使得无线技术在工业控制网络中的应用成为可能。三、基于无线技术的网络化智能传感器介绍计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合,产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种智能传感器集成了数据采集、数据处理和无线网络接口模块,无线网络接口模块底层网络接口(硬件接口)采用基于IEEE 11b的网络接口芯片,高层网络接口(软件接口)采用TCP/IP协议,把TCP/IP协议作为一种嵌入式应用,即把TCP/IP协议固化到智能传感器的ROM中,使得现场数据的收发都以TCP/IP协议进行。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线Hub、无线接入站(AP)、无线网桥、无线Modem及无线网卡等来实现。在工业自动化领域,有成千上万的感应器,检测器,计算机,PLC,读卡器等设备,需要互相连接形成一个控制网络,通常这些设备提供的通信接口是RS- 232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器,将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换,符合无线局域网IEEE11b和以太网络IEEE 3标准,支持标准的TCP/IP网络通信协议,有效的扩展了工业设备的联网通信能力。四、无线局域网在工业控制网络中的应用工业控制系统的网络化为无线技术在工业控制系统中的应用提供了基础和可能。近几年很多研究人员也展开了这方面的研究工作。中国科学院沈阳自动化所的曾鹏等人以FF(现场总线基金会)颁布的FFHSE(高速以太网)为蓝本,结合无线以太网标准IEEE11b,构造了现场级无线通信协议栈。该协议栈保持了基金会现场总线的通信模型,能够完成无线设备间的时间同步和实时通信。韩国釜山国立大学的Kyung Chang Lee等人设计了协议转换模型,实现了Profibus-DP网络和IEEE11无线局域网的互连。Mario Alves等人对基于广播方式的现场总线/无线网络的混合网络报文传送延迟时间进行了估算。C.Koulamas等人研究了Profibus现场总线与基于IEEE11b的DSSS物理层相结合的性能。除了在理论上的研究工作外,在一些工业控制网络中,无线通信技术已获得了应用。如美国罗克威尔公司在基于DeviceNet、Control-net、Ethernet/IP的三层控制网络体系中,加入了无线以太网部分,可以实现无线通信。德国西门子公司在基于Profibus-DP、Profinet的控制网络中结合无线以太网技术,使控制网络具有了无线通信功能。由于无线网络无可比拟的优越性,它可以免去大量的线路连接,节省系统的构建费用和维护成本,还可以满足一些特殊场合的需要,与此同时,大大增强了系统构成的灵活性。加之无线通信技术自身的不断改进,无线通信技术在工业控制领域中必将具有广阔的发展空间和应用前景。五、无线技术在工控网络中的应用方案及使用设备无线工业控制的方法通过使用基于无线技术的网络化智能传感器,结合目前市场上出现的各种基于IEEE 11b的无线局域网网桥,就可以实现无线局域网技术在工业控制网络中的一种应用方案。无线局域网网桥用作无线访问点(AP),基于无线技术的网络化智能传感器采集现场数据、处理,并以TCP/IP协议对数据进行打包,通过无线链路发送到AP,由于无线链路和有线以太网高层均采用TCP/IP协议,且低层协议对高层协议是透明的,就实现了无线网络和有线网络的无缝连接。通过Internet,就可以实现远程监控。2.无线设备的选择要实现无线网络,需要选择的设备一般为两种。一种为无线局域网网桥,可将多个无线站点连入已有的局域网之中;另一种为无线通讯装置,例如无线网卡、无线Modem等。下面介绍一下研华公司的无线装置。A.WLAN-9200系列11Mbps工业无线局域网接入器WLAN-9200是一款用于室外的增强11Mbps无线局域网网桥。它能够在无须任何物理布线的情况下,将多个远程站连接到局域网中。特点: ·支持IEEE 1lb标准4GHz ISM频段 ·支持高级用户验证,提供坚固的安全性WEP128,MAC地址控制 ·带符合IP 66/NEMA 4x标准的防水锈外壳,保护系统不被损坏 ·提供冷却风扇和加热器,防止系统过热和过冷 ·提供按钮和LED显示,可方便的设置温度 ·采用IP66防水接口,保护电源、LAN和无线接口 ·提供各种天线,用于增大传输距离 WLAN-9200是一款用于室外的增强11Mbps无线局域网网桥。它能够在无须任何物理布线的情况下,将多个远程站连接到局域网中。这样就节省了大量维护及组建相应电缆网络的成本。WLAN-9200带有一个坚固的外壳,可以防止水、酸、闪电、低温及高温对系统的破坏。由于这些特点,WLAN-9200工作极为稳定和可靠,是室外应用的理想选择。因此,WLAN-9200非常适合在布线困难的恶劣场所使用,如水库和建筑物。WLAN-9200与IEEE 1lb标准兼容,具有各种强大功能。在提供高度安全保护(WEP:128位),DHCP客户、SNMP代理等的同时,能够提供11Mbps的高传输速度。此外,为了满足室外恶劣环境下的使用要求,WLAN-9200还提供了先进的系统保护功能:发光保护、冷却风扇、加热器、防水接口、工业设备箱、电源/LAN同轴电缆等。 成本低,安装简便 WLAN-9200可以将不同的分布式站点连接在一起,组成一个更宽范围的无线网络。它能够节省到远程地点的布线成本。WLAN-9200采用了专门的设计,用户可以方便快捷的将其装上或拆下。此外,WLAN-9200还提供了按钮和LED显示,用于显示和设置高/低温度。用户可以使用它快速组建自己的无线网络。为了能够在更远的范围内使用,WLAN-9200还提供了各种天线,用于延长传输距离。 可靠稳定的坚固设计 WLAN-9200采用了先进的设计,带有一个不生锈的防水外壳,能够对系统起到有效的保护。它符合IP 66/NEMA 4x标准,具有耐腐蚀、防紫外线、安全和自动灭火的特点。为了防止WLAN-9200内部过热或过冷,研华还在它的内部设计了一个冷却风扇和一个加热器,用户可以设置高/低温度设置。当工作温度高于或低于用户指定的温度时,冷却风扇或加热器就会开始工作。此外,WLAN-9200还提供了防水接口和防闪电保护,可以对电源,局域网和天线接口起到保护的作用。 远程站点之间的快速数据传输 WLAN-9200与高速无线局域网标准IEEE 1 lb完全兼容,它提供11Mbps(在空气中)的速度,可以进行更快的数据传输。WLAN-9200在4GHz ISM频段采用了DSSS技术,不会被噪声所干扰,使数据的传输更加安全和可靠。 保持通信的私有性 WLAN-9200采用了多种安全功能对您的无线网络进行保护(WEP128加密,MAC地址控制及口令安全)。通过采用先进的WEP128加密,您可以选择WEP密匙来保护您的数据,防止未授权的无线用户查看这些数据,只有接入点和无线适配器的可接入性,多种安全机制协同工作,能够有效防止对有线及无线网络的未授权访问。 BADAM-4550系列4GHz无线调制解调器(RS-232/485接口)ADAM-4550是一款直序扩频无线调制解调器。它工作在4GHz的ISM波段上,该波段在全球都可以无需申请即可使用。通过RS-232或RS-485串口,ADAM- 4550可以以高达2Kbps的速度与计算机或其它设备进行通信。ADAM-4550以半双工的方式工作,并以1Mbps的速率进行无线数据传输。它具有100mW的输出功率,并且如果使用自带的小型天线,它的传输距离可达150米,如果使用研华的高增益室外天线,其传输距离可以超过20公里(视距)。 RS-485标准支持半双工通信。这意味着使用一对双绞线即可进行数据的发送和接收。通常由握手信号RTS(请求发送)来控制数据流的方向。但在ADAM-4550中带有一个专门的I/O电路,它可以用来侦测数据流向,在不需要握手信号的情况下自动切换传输方向。 ADAM-4550无线调制解调器提供了可靠的“点到点”或“点到多点”的网络无线连接。一个典型应用是将一个ADAM-4550模块通过RS-232与主计算机相连,将其它ADAM-4550模块放置在远程现场。每个ADAM-4550模块都可以通过RS- 4550网络与远程设备相连接。远程ADAM-4550模块将远程数据传送到主ADAM- 4550模块,而主ADAM-4550模块会通过无线传输向远程ADAM-4550模块发送控制命令。 规格 ·RS-232/RS-485传输速率(bps):1200,2400,4800,9600,2K,4K,6K,2K ·RS-232接口接头:孔型DB-9 ·RS-485接口接头:插入式螺丝端子 支持AWG1-#12或2-#14-#22(5到5mm2线径)电缆 ·无线传输速率:1Mbps ·无线传输频率:45GHz(标称值) ·无线传输功率:100mW(标称值) ·无线调制:直序扩频PSK ·无线收发器地址:可软件配置为254个不同的地址 ·通信距离:550英尺有效距离(在开阔地使用2dBi全向天线的情况下),实际距离取决于环境条件、天线类型及位置 ·工作温度:-10º到70℃(14º到158℉) ·电源要求:+10~+30VDC ·功耗:4W ·尺寸:60mm×120mm(36”×41”) 特点 ·可软件配置RS-232或RS-485,数据传输速率可达2Kbps ·在有外部天线及放大器的情况下,传输半径可超过20公里 ·内置看门狗定时器及自动RS-485数据流控制 ·扩频无线调制 ·工作在全球通用、无需申请的波段(4GHz) ·模块间的1Mbps无线数据传输速率 ·可软件配置无线收发器地址 ·方便的DIN导轨、面板或堆叠安装 ·带有存储通信设置的EEPROM ·支持点到点或点到多点的应用 ·透明的IEEE1协议及用于确保数据完整性的10K缓存 ·用于故障诊断的电源及数据流指示灯 ·带无线连接测试的诊断软件 ·符合FCC Part15及ETSI 683/328标准六、结论通过无线局域网对工业设备进行控制简单易行,但是成本稍高。目前,绝大多数无线控制如前所述采用的是IEEE11系列协议,它与我们大多局域网所采用的以太网可以无缝连接,所以,对于用户层测控程序没有任何影响,只需对原有方案的物理层设备作简单的配置即可。例如选用上述的研华的无线产品替代原有的有线通讯装置,其它硬件及软件配置均不受影响。

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