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如今，越來越多的人將無線技術視為一種取代電纜進行數據傳輸的可靠、穩健型替代方案。倉庫、航運碼頭、機場、制造工廠、工業園區甚至貨車停車場也都因為迅速發展的無線技術而發生著重大變化。 由有線技術向無線技術的轉變是基于IEEE 802.15.4這一成熟的標準化技術進行的，順應了市場降低成本的需求，具體包括減少安裝和調試時間、延長正常運行時間、節約能源以及提高工作場所的安全性等。 無線網絡逐漸流行主要是因為其投資回報率高。如果是多年以前，用戶首先會問它是如何工作的，是否安全、可靠。但是現在，由于工業市場對無線網絡已經非常熟悉和認同，所以用戶關注的主要問題已經變為無線網絡的安裝成本是多少，能夠節約多少成本，以及無線網絡能夠在多快的時間內完成調試并運行。 圖1：由電池供電的無線傳感器可用來指示機庫小門的開閉狀態。電纜和電線會因為機庫大門的運動而迅速被纏繞和損壞。 在許多情況下，當采用電纜連接傳統型開關或傳感器的方案在經濟或技術上不可行時，如需要安裝在移動的門或設備上時，無線技術將是最佳的解決方案。電纜的持續移動和撓曲將會嚴重縮短這些接線的壽命，而使用無線傳感器將門的開閉狀態輸送至監控系統就簡單很多。具體實例包括機場的機庫大門（見上圖）或擁有許多訪問面板、窗口以及通風口的設施。一個打開的通風口會分別在夏天和冬天造成冷氣和暖氣流失。使用無線技術來監控這些進出口的狀態已經越來越普遍。每個通風口或窗戶處的傳感器都能夠將狀態數據傳輸至監控站或通過網絡傳送至用戶開發的智能手機app上。 無線技術的另一個重要優勢就是它的故障排除和安裝比有線網絡簡單很多。在許多情況下，安裝過程可簡化至只有這么幾個步驟：連接無線開關，安裝接收器并上電，以及將其與任何適用的網絡或控制器相連接。一個非技術人員都能夠在數小時內完成安裝并使系統運行。 無線技術正逐漸成為網絡技術在大量應用中的首選方案。當電纜走線不易實現時，無線技術通常都能夠非常有效地解決問題。例如，工業設施中的儲存罐通常都是使用無線限位開關來監測罐內油或其它液體的液面高度的。 圖2：限位開關網絡的另一個應用是防止儲存罐內液體溢出。當儲存罐裝滿液體后，液面高度會改變限位開關的位置，此時無線限位開關會向泵控制器發送一個信號，使其將液體從存儲罐中抽出，從而降低液面高度。當液面高度下降以后，無線限位開關會向控制器發送另一個信號來關閉泵。新型的霍尼韋爾Limitless WDRR無線接收器能夠控制多達14個存儲罐和14臺獨立的泵。 工廠中的無線應用 無線技術能夠大大降低網絡安裝和維護費用。由于802.15.4無線技術能夠穿透墻壁和地板而在整個工廠內傳輸數據，所以它沒有布線成本，也不存在布線問題，同時對設備定位和放置的限制也更小。 安裝迅速是工廠采用無線技術的另一個重要因素，尤其是對需要快速高效地重置制造線和裝配線以確保最小停機時間的工廠車間來說。每小時的停機時間都會造成制造商數萬美元的經濟損失。 當通過無線技術來重置或改變裝配線的布局時，工廠經理只需簡單地將設備和無線傳感發射器移動到新的位置并開啟無線網絡即可，不必重新布線或安裝電纜。 圖3：大型、繁忙的制造工廠（如汽車制造廠）經常需要重置裝配線，此時無線網絡架構的靈活性以及突出的投資回報率使得無線技術非常具有吸引力。 維護和維修成本對工廠經理來說也是一個挑戰，而通過使用無線技術代替有線技術就能夠有效地減少這一成本。 開關在工業和輸送控制、位置監控以及門、臂架及閥門狀態監控等方面扮演著重要角色。然而，有線開關和傳感器的安裝和維護卻是個很大的挑戰，特別是在惡劣的環境中或經常需要彎曲線纜的應用場合中。此外，傳統的線纜還有導致工人跌倒的危險，并可能在設備正常使用過程中被損壞，造成昂貴的停機時間。 無線開關能夠減少維護成本，因為設備連接的復雜性降低了。通過消除傳感器和開關的電纜，工廠經理能夠簡化故障排除過程。在一些情況下，使用電池供電的開關或傳感器能夠徹底去除使用電纜的必要。通過消除電纜或接線引成的連續性問題，無線網絡也增加了系統的可靠性。 此外，無線設備的重新放置或配置也非常簡單，例如不需要切斷和重新連接電纜，從而消除了錯誤連線的風險。在許多情況下，安裝一個新的無線網絡要比更換現有損壞的電纜成本更低，速度更快，因為更換現有損壞電纜常常要花費很多時間去排除故障和更換電纜，造成了較長的停機時間。 圖4：一個有趣的工廠新應用是在緊急噴淋裝置及洗眼設施上使用無線警報。通過噴淋裝置上的無線按鈕，員工能夠在噴淋裝置啟動時激活警報。無論是有意操作還是誤操作，只要有員工激活了噴淋裝置，工廠管理人員都會知道。 戶外應用——倉儲堆場和貨車停車場 無線技術不僅適用于工廠內部，也適用于戶外（如航運中心、倉庫堆場、貯木場、機場、加油站等），尤其是大型開闊的場地，其地下電纜要持續經受惡劣環境引起的風險以及重型車輛的碾壓。故障排除或更換車道下損壞的電纜經常要花費數周的時間。相比之下，使用無線網絡代替有線網絡則只需要幾個小時，而且成本也低很多。無線技術能夠大大降低故障排除及更換地下電纜所造成的停機時間。 圖5：在大型貨車停車場，無線開關可用于防止偷盜燃油。有些貨車司機會強行打開油泵并解開控制來偷盜燃油。因此可以在油泵門上安裝一個無線開關，它會在油泵門被打開時向辦公室發出警報。 關于工業無線網絡，開發人員和終端用戶需要知道哪些 IEEE 802.15.4標準網絡是一種穩健的個域網(PAN)，具有低功率、低數據傳輸率等特性，經常用于工業監測和控制。與Wi-Fi技術可支持100M/s的傳輸速度不同，802.15.4射頻裝置只需在給定的時間內最多傳輸幾百字節的數據即可。因為數據傳輸率要求低，所以這類射頻裝置通常只需很小的傳輸功率。即使沒有交流電源，一個小型電池也能夠給一個802.15.4工業射頻裝置供電許多年而不需更換電池或充電。這種低功率特性給無線技術提供了更多的靈活性，使得無線網絡在許多場合中既不需要數據線，也不需要電源線。 圖6：基于802.15.4點對點通信方式，多達14個霍尼韋爾Limitless開關可同時與一個接收模塊進行通信，由一個面板安裝或工業DIN導軌安裝的接收器來接收無線信號，并將其轉化為輸出。輸出可以是LED燈、蜂鳴器或者傳統控制器所使用的標準電信號。 在大型室內或室外，即使裝置與監控器之間有著相對開闊的空間距離，這些802.15.4射頻裝置也能夠提供可靠連接。35-dB的鏈路余量能夠保證小型障礙物或強降雨不會降低通信質量。在一些安裝應用中，信號還能夠穿透某些材料建成的墻壁。當有卡車或其它移動設備在傳感器與接收器間移動時，無線技術的這種特性也能夠有效防止通信暫時中斷。 IEEE 802.15.4射頻裝置的通信范圍達1000多英尺（304米）。在強降水、雨或雪等極端環境下，信號的通信范圍會減少約75英尺（23米）。 圖7：霍尼韋爾Limitless WDRR Din導軌安裝或面板安裝接收器，支持多達14個電池供電的遠程無線限位開關。 無線網絡中的監控器/接收器單元通常能夠支持一個或多個裝置。例如霍尼韋爾Limitless WDRR接收器就能夠支持多達14個電池供電的遠程無線裝置。除連續監測傳感器和開關的狀態以外，控制器還能夠監測網絡中每個獨立裝置的信號強度和電池電量。當電池電量即將耗盡或開關卡死時，操作者就會立刻知道并采取正確的措施。 如果電池電量變低或網絡中出現了傳輸問題，系統將會向操作者發送警報，從而在問題變嚴重之前得到有效糾正。 無干擾 由于802.15.4是一種PAN標準，所以它能夠獨立于藍牙、Wi-Fi及無線電話等其它常用無線局域網技術。盡管它們都在2.4GHz頻段工作，但PAN網與LAN網之間并沒有信息交換，也不會相互干擾，因此無需IT部門參與工作。 網絡安全 為確保通信鏈路安全，802.15.4射頻裝置可被設置成需在網絡監控器上進行注冊。您只需執行一次該注冊或配對過程就可以建立連接。在裝置與其監控器完成配對以后，只要兩個裝置都還有電，那么它們就可以持續不斷地交換信息。 當配對建立以后，即使監控器斷電或開關更換電池，這種配對關系也會保持下去。這就保證了網絡具有自愈性，簡化了系統維護。監控器能夠自動地與任何掉鏈的已注冊開關重新建立鏈接。但替換或重置裝置則需要清除和重新配對。 節約成本，靈活性更強 使用基于802.15.4的無線傳感器網絡而非有線系統具有很多好處。無線技術不僅消除了伴隨電纜產生的高昂的維護費用、故障排除費用和維修費用，而且還提供了一種高效、易于重置的網絡，不需要大量培訓或非常熟練的技術人員就可實現。 如果您選用低功率802.15.4系統，那么在許多情況下，您將既不需數據線，也不需電源線。 當工廠經理評估有線網絡和無線網絡的優缺點時，他們需要考慮成本節約、維護問題、易于安裝和配置的性能、正常運行時間和安全等。在許多情況下，與更換一個故障零件或現有的有線網絡相比，安裝一個新的無線網絡在硬件成本和安裝時間方面都將花費更少。 在過去十年里，基于802.15.4的無線網絡技術已經在大量工業、倉儲以及設施應用中得到驗證，具有極高的可靠性、耐用性以及成本效益。 |
