在无线仪表的时代，你知道如何从仪表和控制系统中获得信号吗？这里可以给您一些关于永载仪表选择方面的帮助。
任何在最近几年读过Control Engineering或者其他类似刊物的读者，都会注意到关于无线仪表和更大规模无线工厂整合方面长篇累牍的讨论。正如“现场总线的论战”，无线方面的讨论也热闹之极，但是无线技术的潜力却是谁也无法否认的。如果你正在考虑将这项技术引入到你的工厂里，你有很多的选择。这篇文章主要讨论永远安装的过程仪表和相关离散设备的修改，另外大型工厂整合、雇员定位、无线工人修改其他诸如此类的概念也会有所涉及。
同有线的世界一样，从指定设备传递信号到大型控制系统可以有很多种方法，你可以任选其一“连”上你的无线设备。无线领域最大的不同在于共享的介质，有线的世界里更多的设备需要更多线，而无线的世界里更多的设备则需要更大的带宽，如果给定频率的话。从实际的角度来讲，加线意味着增加成本，并且对于导轨和线圈有一个物理上的约束。而对于无线，带宽什么时候超过了极限似乎并没有什么明确的规定。尽管各个工厂的要求不同，但是很少发生无线不能提供清晰信号的情况。
仪表/无线电配置
也有一些供应商提供无线通讯模块，可以附加在现存的仪表上。这些通常接受标准的模拟和数字通讯协议，比如4-20 mA，并且还有一些可以处理比特级别的设备。变送器通常独立供电，通过外部电源或者电池，这就增加了可能的选择，以涵盖来自任意制造商的所有仪表，但是需要添加独立设备。根据给定应用的需要，这可能花不了多少钱。
供电选择
使用无线解决方案的动力，通常来自消除电缆连接的渴望和需求。但是，这意味着每条电缆都要去掉吗？当在旋转式干燥炉的一侧加载温度传感器的时候，所有的线连接都必不可少。另外，有的时候去掉数据线就已经足够了。如果一台仪表和它的I/O节点相距遥远，但是与主电源很近，那为什么不使用它呢？即便可以使用几年，电池的寿命也总是有限的，并且还限制了变送器可以获得的电量。一个更高电能的信号通常也是更稳定和可靠的，所以当可以使用电源的时候还是应该使用。
当主电源不易使用，或者电能消耗太大不能使用传统电池供电的时候，还有很多其他的选择，比如太阳能收集器。对于这篇文章来讲，电池供电的讨论是假定它是自己自足的电池组。
通讯协议
因为创建通讯协议的复杂性，仪表生产商通常与IT或者消费产品生产商使用同样的协议。你的无线压力传感器可能正使用ZigBee或者蓝牙发送读数，现场总线部门的无线回程也可能使用Wi-Fi或者蓝牙。
出于很多原因，通讯协议不应该成为首要的选择标准。即使同样使用ZigBee，A公司的无线压力传感器可能也不能与B公司的传感器发生联系，每一种协议的技术能力和限制都倾向于独自使用。
安全性
大部分的无线设备最近都得到了发展，对于网络安全性的担忧却在当前运行的所有平台上弥漫。无线仪表主要通过以下两个技术保护自己：
首先，通过使用变送器供电和天线定向，信号可以被以一定物理形式储存。这最大限度的减少了数据从工厂外泄的可能，防止黑客窃听、插入伪造数据以及侵入大型网络。很不幸，很多的实际应用并没有做到这一点，尤其是在拥挤地区的厂房里。
其次，大部分系统可以同时进行数据编码和认证。数据不仅以一种外界难以破译的形式发送，仪表在连入网络进行数据传输之前也必须进行认证。平台为每台设备设置了复杂的ID代码，排除了伪造设备的可能性。高层IT系统中适当的防火墙也可以将黑客阻止在仪表网络之外。
升级速率，数据类型
大多数的无线仪表设计用来在指定的时间间隔内报告流程变化，当标准的有线4-20 mA持续发送信息时，它对于一个流程很少是必要的，除了在最重要的场合。无线设备通常将信号数字化，无论值是多少都在指定间隔将其发回，这样的间隔可能是一秒，对于一个重要的数据点可能更快，而对于那些不经常变化的值也可能是一小时一次。快速的更新速度消耗了大量的电力，因为无线电需要更长的时间传播，所以间隔通常是和电池寿命关联的。并且，在路径指定的情况下，报告的速度影响可以进行通讯的设备数量。高速度意味着设备数量少而电池寿命短，所以不要在过程的实际情况情况的基础上再任意的缩短时间间隔。
有些平台支持报警功能，当变量超过了警戒线的时候，平台上的设备即便预置了一个相当长的报告周期，也会不顾预定
绝大多数的仪表可以把过程变量当成一个单值来传送，这对于无线电处理极短时间内的数据爆炸也是容易的。然而，诸如振动监视器这样的设备需要传送一些像波形图这类的复杂信号，通常需要更多的时间。对于一些系统也许不是问题，但是如果你的流程需要复杂数据传输，这可能就成为一个关键问题，值得深入讨论。
简单的点对点系统是有效的，但是对于多设备的系统，还有一些效率更高的方法。非网状设备组使用同一个网关，但是单个仪表却不能彼此支持。使用组数据集中器的方法可以仅使用一个无线电信号传送更多数据。
点对点
最古老最简单的方法就是点对点，也就是一台仪表通过它的无线电发送器，向连在控制网络的一个入口（接收器）传递信号，这个入口只能接收这台设备的信号。这种方法可用，但是除了最简单的安装没有多大的实际意义。对于那些只需要手动设备，或者这些手动设备安装在大型机器上通过多个I/O节点通讯的
大规模系统可能包括一组单独的仪表，它们使用同一条网关进行通讯。每台设备依次发送自己的数据，网关对它们进行分类以使控制系统可以单独的检查设备变量。设备彼此不能进行对话，所以没有一台设备关心其他设备发生了什么。
点对点系统通常是有专利权的，尽管它们可能使用一个标准的或者商业化的传输协议。从设备获取数据然后传到控制系统，通常需要不能跨平台运行的专利化软件。
数据集中器
只有一两台设备用来监视的应用是很少见的。通常情况下，过程单元和子单元里存在的仪表会有很多。尽管一组仪表使用一条网关单独通讯是一种解决方案，更简单的方法是使用数据集中器，这台设备可以从变送器上收集信号并将这些信号返回。这种方法消除了额外的无线电传输，这对于在拥挤的射频（RF）环境下工作是十分重要的。数据集中器还可以使用标准设备，而不让它带有无线功能。这些设备大多数需要外部购点，所以可以远距离发射强壮、可靠的高压无线电信号。
数据集中器通常采用模块化配置，和PLC I/O节点差不多。无线电可以有不同附加输入模块，这与仪表的数量和类型相关。举例来说，如果箱体内有流量计、压力传感器和液位传感器，液位开关和压力开关混合可以进行报警，你就可以对输入进行配置，接受可升级的和比特级别的设备。网关针对控制系统的要求将变量分成不同类型，一些使用诸如Modbus这类的协议收集和分发过程变量，另外一些可以处理运转设备上的HART数据。
无线现场总线
有线现场总线系统的效能可以通过使用策略性的无线通讯进行拓展
现场总线使用无线通讯通常使用下列两种方法其中之一：
■ 第一是从整个有线现场总线收集数据，再将数据从扫描仪发回到网关。这样做的作用类似于高性能数据集中器。通常，这种方法使用了Wi-Fi回程，当然其他方法也是可以的。
■ 第二是将无线网关融入现场总线扫描设备中，与区域内不能直接线连的特殊仪表进行通讯。考虑下面这种情况，现场总线包括的所有设备都和一个反应器协作，如果这台反应器有可移动的顶盖上面加载着液位传感器，理想状态是一台设备是无线的而其他都是有线的。无线设备通过网关进行通讯，它的数据包含在总线系统的有线设备之中。
网状网络
当前的很多讨论，都和越来越多的带有可形成网络的无线电模块的仪表相关。现在的情况是，个体设备可以彼此进行通讯，而又可以使用同一条网关进行稳定可靠的数据传输。有两种方法可以实现：
第一种是有关完全依靠电池供电的独立仪表（全新的WirelessHART协议就是这种方法现在的杰出代表）。每台设备都有一个变送器和接收器，在一定范围内，设备之间可以彼此联通或者也可以通过网关进行通讯。每一个无线电模块都有一个标准时钟，它们在指定间隔启动用以交换数据。远离网关的设备通过点对点的方式发送数据，每次向前一步当有需要的时候重复。每次数据循环都涵盖所有的仪表，甚至包括那些由于报告间隔时间长而自身并没有输出变量的仪表。那些整合无线电功能但是不可使用的仪表被当作外部设备，尽管这样的仪表有时候需要自己的电源。
电源供电的网络需要的基础设施最简单，但是必须满足一些约束才能实现。节点网络需要更多的基础设施，但是在速度和供电上有优势。
尽管这种方法给数据传输带来了一些延迟，进入网关所需的时间总量同报告间隔相比也是十分短暂的。这些设备形成了自己的网状网络，而且当网络中出现来自射频的干扰或者对设备有损坏的时候，它们可以通过重新
配置相互影响的方式达到自愈的效果。如果一台设备被移出网络，其他设备就会报告它的缺失。这样的拓扑结构有很多好处，它对于外部管理的要求很少，而且使用自身的软件对通讯和电力消耗进行配置。在网络优化之后，由于高效率的使用，电池可以连续供电五年、十年甚至更长。
另外一方面，电池供电的无线电牺牲了传输电能和带宽，使得电力消耗最小化。可靠的通讯依赖于所有的小型无线电彼此支持，而不是靠电力更充足的外部供电变送器。
另外一种网状网络协议也使用电池供电的仪表，但是将外部节点视为中介设备。独立设备同节点进行通讯，但是彼此不形成网络。节点的功能类似于重发器，必要时可以结成网络，将数据传送给网关。独立设备可以同不止一个节点通讯，这就提供了一个冗余路径。
尽管这样的方法需要更多的基础设施，但是它拥有完全使用电池的结构不具备的优点。首先，同独立设备相比，节点使用了高能无线电，并且带宽更大。这就可以将远程仪表的数据更快的发回给网关，步骤也更少。并且，电力越充足，节点发出的信号也就越强健。
由于只是在报告间隔才被激活，而不是每个周期，独立仪表休眠的时间更长，也更节约电池的能量。并且由于节点持续的接收信号，
当然，添加节点仍会使初始的网络变得复杂，尽管如果它们不需要数据线，它们还是需要电源以及电源线。如果数据线可用，节点通常可以扮演二级网关的角色，为通过复杂系统传输数据增加灵活性。
网状网络同其他小规模方法不同，它被认为可以在更大的场合应用。数据集中器和点对点的方法对于部门里的五台或者十台设备可以运行良好，而网状网络更适合上百台设备（可能出现）的场合。完全依靠电池的网状网络在添加设备的时候更可靠，因为这些设备彼此支持。而供电节点的网状网络则需要那些会提高整个基础设施成本的设备。尽管所有的供应商好像都可以对给定平台进行重新配置，但是在做选择的时候，还是应该看的远一点，了解自己在最终应用的时候想得到什么。
了解你的流程
就像所有其他的设备选择一样，选择最佳的无线平台也依赖于你对流程需求的了解。仪表的位置、精确度、更新频率还有其他的一些因素都应该纳入讨论。如果你对于这些因素如何相互影响有清楚的概念，并且知道仪表和数据如何支撑控制策略，你就可以概括出无线网络清晰明确的目标。
