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1、ZigBee与OPC技术在工业管控系统中的应用关键词：ZigBee，OPC，工业网络1 引言在计算机、通信和网络技术发展的推动下,工业通信技术的发展经历了20世纪六七十年代的模拟仪表控制系统、20世纪八九十年代的集散控制系统(DCS)和20世纪末的现场总线控制系统(FCS)阶段,正朝着智能化和网络化的方向不断发展。随着测控系统规模的不断扩大,降低投资和使用成本成为工业通信技术发展新阶段的迫切要求。而工业现场传感器的安装和使用成本过高成为阻碍工业通信技术发展的主要难题。在这一背景下,无线工业网络的低成本、易用、泛在感知等特征引起了人们广泛的关注。无线网络成为自动
2、化领域中迅速发展的热点之一,也是工业自动化产品未来的新增长点。显而易见,在配置、安装、修改和扩展等方面,无线网络的成本都低于有线网络。工业无线管控网络是连接工业现场无线测量控制设备并将设备信息传输到上层企业信网络的一类通信网络,是利用工业无线技术嵌入式系统技术和管控一体化技术,将工业现场设备工作状态信息及时、可靠地传输到上层企业信息网络中去的系统。无线技术已经成为工控领域的核心技术,它将改变工业自动化的格局。基于无线技术建立的新型网络化管控系统,是通过对工业全流程的“泛在感知”,实施优化控制,来达到提高产品质量和节能降耗的目标。为了推进无线技术在工业领域的快速
3、发展,将无线传感器网络应用于工业自动化领域,并将适合在恶劣的工业现场环境使用,这也代表着工业自动化系统技术的发展方向,将在在石油天然气开采、石化、冶金、污水处理等高耗能、高污染行业有广泛的应用前景。2 传统传感方式与无线传感网络对比现有的实现工业监控方案:传统的分布式控制系统(DCS),现场总线控制系统(FCS),工业以太网系统,都不是最合适的选择,以下为有线管控网络架构图。工业以太网为主流的工业控制网络,以其扁平化,高带宽来保证数据传输的实时性,并且与企业信息网络可以相对容易的集成在一起,但是它也有不能忽视的弊端:就是成本比较高,而且不易部署,布线比较麻烦。
4、基于以上分析,提出无线管控网络系统,将现场控制网络与企业信息网络集成起来,实现管控一体化,有效降低生产成本,提高生产效率。实现工业现场无线技术的选择,来保证工业现场数据可靠、实时传输。无线管控一体化网络架构如下:3 无线传感网络解决方案本文针对当前无线传输在工控领域应用遇到的可靠性、实时性、互操作性、低能耗等主要问题,在IEEE802.15.4协议基础上,提出了基于ZigBee与OPC技术的无线管控网络的解决方案,通过ZigBee自组网、自治愈的智能网络机制与OPCC/S模式建立无线工业网络的数据交换,具有成本低、体积小、功耗低的ZigBee技术无疑成为无线传
5、感器网络的首选技术之一。[1]解决工业现场控制网络与企业信息网络技术的集成问题,从而实现了完整的无线管控网络方案,作为有线工业管控一体化系统的一种发展和重要补充。本文所应用的ZigBee技术是一种基于IEEE802.15.4协议标准而产生的新兴无线通行技术。相对于现有的其它无线通信技术,ZigBee技术具有短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等显著特点。而ZigBee已于无线传感器网络有了很成熟的应用,ZigBee技术可协调数千个微小的传感器节点之间的相互通信。这些传感器节点只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器节点传到另一个传感
6、器节点,通信效率高。因此,ZigBee技术是实现无线工业管控网络的最佳选择,ZigBee技术的出现为无线工业管控一体化技术的发展提供了契机。利用ZigBee技术作为无线工业网络的传输载体,将会使无线工业网络更能充分发挥其优势。为了与实际应用相结合,本文是在研究和分析了当前工业无线通信技术实现上存在的一些不足,针对一些工业现场无线数据传输网待传输数据量较大,可靠性高、实时性保证的特点,在研究IEEE802.15.4协议基础上,提出了一种基于Zigbee与OPC技术的无线管控一体化实现思想;一种低成本、低功耗、可靠性高、实时性有保证的工业无线管控网系统解决方案;作
7、为有线工业管控一体化系统的一种发展和重要补充;将工业无线技术、管控一体化技术和嵌入式技术、OPC集成技术结合在一起的首次尝试;并且加强了管控一体化网络的开放性和标准性,不同品牌的控制器都可以通过OPC接入管控一体化网络中的标准。4 ZigBee无线网络特点ZigBee无线网络具有如下特点:(1)低速率,其数据传输速率为10~250kbps,适合传输温度、湿度之类的数据;(2)近距离,两个节点之间的单跳距离在10~75m之间;(3)低功耗,由于传输速率低,通信距离短,其发射功率仅为1mW,而且ZigBee芯片都采用了休眠模式,因此ZigBee设备,特别是终端节点
8、非常省电;据估算,一节普通容量的锂电池
