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Saturday, Apr 11, 2026

優化無線網絡的實時人機界面

2015/07/17 來源:商業智能在線

本文著眼於供人類接口的無線接口不同,並評估了不同功能,用於實時操作。無線服務供應商,從硬實時的標準:如無線HART,以基於網格的ZigBee,無線網絡和藍牙,都有其使用的設備和模塊Atmel公司,飛思卡爾半導體和Microchip的非常不同的時序要求發揮作用。

有可提供連結到人機接口許多不同的無線技術,提供程序設計者大量的機會的技術優化以應用的。

一些應用程式將需要一個硬實時能力。監測的關鍵化學或核過程需要的信息被傳遞,並顯示沒有延遲,並且傳感器和人機接口之間的鏈路是重要的。這已經是一個明確的界定,低延遲的解決方案,如果無線將是一個可行的技術。沒有一個搜索系統運行創造失控的情況下人類控制器反應到這是舊數據,使情況變得更糟的風險。

現場總線協議,網絡作為無線HART無線版本,提供一種方法,以提供更靈活的方式與無線鏈路的實時性能。雖然它是基於流行的2.4 GHz頻段,所以它包括重要的安全和抗干擾保護,確保信息的每一個數據包是有一定規定的時間內交付使用。

許多其他工業控制應用並不需要對時間要求嚴格的Web連結。在屏幕上的設置參數可以及時為人類用戶進行,但不要求一硬實時實現。強大而靈活的工業協議:ZigBee等,使網狀網絡開發一樣的數據可以從一個節點到下一跳。這種低成本擴張網絡的方式創建用於實現一個實時系統面臨的挑戰,但已經完全夠用了一段人機界面的應用程式。

雖然非常受歡迎,所以在家裡和企業中,802.11Wi-Fi標準有一個人機界面,提供實時性能的挑戰,雖然它是更有效地分流比其他技術數據。雖然有許多硬體系統沒有使用的技術,使得它的成本效益,也可以是從其他網絡的干擾的問題。這是明顯的在家裡當Wi-Fi網絡速度變慢大幅提升。在工業環境中,這可以是用於連接到人機接口的一個關鍵問題,雖然這是非常適合於應用:如從遠程相機流的視頻饋送。

更高速度的版本的無線網絡連接,顏色:如802.11a的5GHz的時,可以提供更高的數據速率有可能被用於更可靠的網絡連接,而60千兆赫的802.11ad技術剛剛興起,將提供更多的性能,但在較小的距離。

藍牙可以用於可靠的無線鏈路,如果有需要,在即興連接。如果沒有時間壓力,該接口可以選擇一個節點連接到上,進行連結,並再次關閉之前獲得的數據。這可以是具有成本效益的,用於連接到許多不同的設備的低功率技術。

無線HART

無線HART是一個強大的技術實現起來很簡單,確實如此。它使用戶能夠快速,輕鬆地獲得無線技術的優勢,同時保持與現有HART設備,工具和系統的兼容性。

密集的基礎設施,大型設備的頻繁流動,變化的條件,或許多射頻和電磁干擾源,工業設施可能有溝通的挑戰。無線HART包括幾個特性,提供內置的99.9%終端到終端的可靠性,在所有的工業環境。一個特徵包括信道跳頻,避免干擾和共存與其他無線網絡提供。清晰頻道評估測試可用的信道,同時避免了黑名單常用渠道,優化帶寬和RadioTime。對於時間關鍵連結到接口,時間同步提供導通時間的消息,和自愈網絡拓撲指任何場所或故障不會影響數據傳輸。網絡自動調節通信路徑以獲得最佳性能,監測信號路徑退化和自我修復,或者發現在障礙物備用路徑。

安全

因此,安全是一個重要的考慮因素的實時網絡。如果網絡是不安全的,這是不是安全的,很多應用都需要一個安全關鍵的設計方法。無線HART採用強大的安全措施來保護網絡,並在任何時候保護數據。這些措施包括將最新的安全技術,以提供保護可通過128位AES加密,和一個唯一的加密密鑰對每個消息的最高水平,以及設備認證。

有多個級別的安全密鑰的訪問,以及技術,以指示失敗的訪問嘗試,並報告消息完整性和認證失敗。這樣可以保護網絡免受許多用來對付Wi-Fi網絡中常見的攻擊。

網狀網絡中的每個設備可以作為從其它設備的消息的路由器。 。換句話說,設備不必直接傳送到一個網關,而只是轉發其消息到下一個最近的設備。這延長了網絡的覆蓋範圍和提供冗餘通信路徑,以提高可靠性。

網絡管理器確定的地雷基於延遲,效率和可靠性的冗餘路由。為了確保冗餘路由保持開放和通暢,信息冗餘路徑之間連續交替。因此,喜歡上網,如果消息是無法通過一條路逕到達目的地時,它會自動重新路由到遵循一個已知的,良好的,冗餘路徑,無數據丟失。

因此,網孔設計使得添加或行動裝置容易。只要設備在其他網絡中的範圍,也可以進行通信。

為了提高靈活性,以滿足不同的應用需求,WirelessHART標準支持多種通信模式,包括單向出版過程和控制值,由自發的異常通知,臨時請求/響應,並自動分段塊的大型數據集傳送。這些能力允許通信進行調整以適應應用的需求,從而降低功率使用和開銷。

多麼重要實時無線網絡可以是用於在用戶界面的一個例子是由控制系統,用於單次使用的生物反應器(SUB)典型地用於導頻或商業生產高附加值的生物製藥實例闡述。它使用一個100升SUB與WirelessHART的pH值,溫度和壓力變送器,以及研究和開發實驗室優化控制系統。

儀器患有最從地面的問題是將pH發射機,並且在界面上的尖峰一般引起的地面噪聲。在一些情況下,尖峰消失當電極被去除並插入燒杯中,指示接地迴路的一側是通過該過程。在大多數情況下,沒有了地面噪聲當電極被留在原處和一個儀表實驗室被連接到它的電纜,而不是發射器布線。這表明了接地環路的另一側以某種方式建立在發射機布線。

的無線HART變送器走勢圖

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圖1:一個無線HART發射機趨勢圖和單次使用的生物反應器的有線常規pH變送器。

的無線HART發射機的趨勢圖表和單次使用的生物反應器(圖1)的有線常規pH變送器,示出了從地面噪聲尖峰出現在有線pH值,但沒有通過無線pH值。這展示了無線技術的性能確實協議的用戶界面可媲美有線版本。
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