編者語(yǔ)：無(wú)線通信技術(shù)不僅能夠提高流程設(shè)備的生產(chǎn)效率，而且在其生產(chǎn)管理過(guò)程中也有可能發(fā)揮功效。目前，在有易燃易爆危險(xiǎn)的流程生產(chǎn)過(guò)程中，需要使用有安全保護(hù)功能的元器件，本文將與您一同討論哪些無(wú)線通信技術(shù)方法已經(jīng)或者將要在這樣的工作場(chǎng)合中得到應(yīng)用。
在流程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中使用無(wú)線通信技術(shù)，除了要選擇合適的無(wú)線通信解決方案，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝也都非常重要。對(duì)于在易燃易爆工況下的無(wú)線通信系統(tǒng)，無(wú)論對(duì)設(shè)計(jì)者還是用戶都有著特殊的要求。
在有易燃易爆危險(xiǎn)工況下的無(wú)線通信系統(tǒng)，會(huì)因電磁波發(fā)射而引起火花。強(qiáng)大的發(fā)射電流給現(xiàn)代化的發(fā)射功率帶來(lái)了更多的風(fēng)險(xiǎn)，如金屬表面強(qiáng)大的表面電流或由于電子電路EMV電磁兼容性保護(hù)的不足而感應(yīng)出感生電流。這些電流形成局部高溫，容易引起火花。在IEEE電氣與電子工程師協(xié)會(huì)進(jìn)行的試驗(yàn)中，在發(fā)射功率達(dá)到6W時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。2008年推出的IEC 60079-0標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)在易燃易爆工況下使用的無(wú)線通信設(shè)備做出了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)涉及的相互頻率范圍在10kHz~300GHz。它對(duì)連續(xù)通信和間斷通信時(shí)無(wú)線信號(hào)的極限值，做出了規(guī)定（參見下表）。在工業(yè)領(lǐng)域常用的WLAN、藍(lán)牙及Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)常用的開放式ISM頻段中，允許使用的無(wú)線發(fā)射功率值較低。根據(jù)無(wú)線通信技術(shù)協(xié)議的有關(guān)規(guī)定，WLAN無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中各站點(diǎn)的發(fā)射功率被限制在100MW之內(nèi)。在藍(lán)牙和Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，其發(fā)射功率也都被限定在10MW之內(nèi)。對(duì)不超出規(guī)定限制范圍做出了規(guī)定，要把所謂的天線增益也考慮在內(nèi)（天線在特定方向上的發(fā)射功率的大小是天線將輸入功率集中輻射的程度大?。?。鞭型天線和定向天線的典型增益為5和9dBi。
應(yīng)用在易燃易爆無(wú)線區(qū)域
IEC EN 60079-0標(biāo)準(zhǔn)除了要求遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值以外，還要求在有易燃易爆危險(xiǎn)Zone 1級(jí)場(chǎng)合（Kategorie 2G，IEC Kategorie Gb）中具有故障情況監(jiān)控的能力。這一規(guī)定，使在實(shí)踐中對(duì)符合特定Atex安全防護(hù)要求的元器件的選擇受到了很大限制。市場(chǎng)上常見的無(wú)線天線元器件只要超出了這一規(guī)定，即無(wú)Zone 1級(jí)的使用許可證，通常都要安裝在滿足防爆等級(jí)Ex d（隔爆型）或符合類似安全等級(jí)的裝置中。大部分這樣的隔爆裝置使用的材料都是對(duì)無(wú)線電波有著很強(qiáng)屏蔽作用的金屬材料。在這樣的隔爆殼中，只有將天線設(shè)置在防爆殼特定的防爆玻璃的位置，才會(huì)有效。作為一種替代方案就是使用特制的專用天線，當(dāng)然也是符合Atex易燃易爆安全防護(hù)要求的專用天線。通常，這種天線的防爆安全等級(jí)達(dá)到了Ex e級(jí)（高安全）。而對(duì)故障情況下監(jiān)控能力的評(píng)估則是無(wú)線天線系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)置的一個(gè)極大障礙。此類情況都要求使用的無(wú)線天線系統(tǒng)具有權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證、有WLAN站點(diǎn)或在無(wú)線通信系統(tǒng)的天線接口處和天線之間有HF限制解決方案。
無(wú)線通信技術(shù)的選擇
原則上適合于工業(yè)應(yīng)用的無(wú)線通信技術(shù)各有所長(zhǎng)。若考慮到便攜式操作使用、條碼掃描功能和類似的移動(dòng)式工具，則WLAN（IEEE 802.11）適合于直接與電纜聯(lián)接的以太網(wǎng)（IEEE 802）使用。WLAN有著較寬的通信帶寬，802.11b型可以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速率為11Mbits/s；802.11g型可以實(shí)現(xiàn)的傳輸速率為54Mbits/s。這樣，WLAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)通信設(shè)備（如從一個(gè)WLAN站點(diǎn)到另一個(gè)WLAN站點(diǎn)）與掌上電腦的不間斷的通信。在藍(lán)牙系統(tǒng)（IEEE 802.15）中，利用現(xiàn)代化的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)2Mbit/s。另外，由于藍(lán)牙系統(tǒng)很好的同步通信模式，使它有著極好的實(shí)時(shí)通信性能。
如前所述，藍(lán)牙技術(shù)是以FHSS跳頻技術(shù)為基礎(chǔ)的，因此與WLAN系統(tǒng)相比其對(duì)干擾源的敏感度更低。利用藍(lán)牙無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)與8個(gè)藍(lán)牙用戶交換信息。與WLAN系統(tǒng)相比，藍(lán)牙設(shè)備所需的輔助能源較少。由于這一技術(shù)自身的特點(diǎn)，它更適合于與固定安裝的儀器設(shè)備進(jìn)行通信，如與無(wú)線通信的終端傳感器進(jìn)行通信。Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（IEEE 802.15.4）則能夠以250kBits/s的速率傳送數(shù)據(jù)，由于需要輔助能源設(shè)備，因此在技術(shù)上它遠(yuǎn)不如藍(lán)牙和WLAN。在通信協(xié)議中有些用戶混淆了不同無(wú)線通信系統(tǒng)之間的區(qū)別，因?yàn)閆igbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在建筑自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。除了這些已有的無(wú)線通信技術(shù)，還有一些生產(chǎn)廠自己的、相互之間不兼容的無(wú)線通信技術(shù)協(xié)議。另外，還有首次出現(xiàn)在流程工業(yè)領(lǐng)域中的無(wú)線通信技術(shù)。這一解決方案的先驅(qū)者是Wireless HART通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同Zigbee一樣是一種基于IEEE 802.15.4基礎(chǔ)之上的無(wú)線通信技術(shù)。與Zigbee相反，Wireless HART結(jié)合了跳頻技術(shù)和TDMA時(shí)分多路訪問(wèn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)終端儀器同步利用同一頻率進(jìn)行工作。在Wireless HART技術(shù)中，令人感興趣的還有其二維拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)性能（Flat Mesh-Topologie）；在該網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)終端都具有中繼器的功能，都能夠向其他儀器設(shè)備發(fā)送信號(hào)，從而能夠經(jīng)濟(jì)、靈活地構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，允許擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的通信距離。在這一技術(shù)領(lǐng)域中，還有一些專門的技術(shù)委員會(huì)在進(jìn)行著探索，如ISA SP 100、Foundation、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線Wireless工作組，他們都在嘗試新的解決方案。
如同在易燃易爆安全防護(hù)技術(shù)中的其他許多領(lǐng)域一樣，無(wú)線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題也非常關(guān)鍵，在寬帶通信技術(shù)中合適的防護(hù)方式在不斷的變化，此外，在流程工業(yè)領(lǐng)域中出現(xiàn)的無(wú)線通信技術(shù)也給流程工業(yè)領(lǐng)域帶來(lái)了根本性的改變。因此，在易燃易爆危險(xiǎn)場(chǎng)合中使用Wireless網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)和安裝實(shí)施時(shí)，征求專家意見，是得到最佳、最先進(jìn)解決方案的明智選擇。
（轉(zhuǎn)載）
