面向工厂自动化应用的无线网络技术
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– 油井系统节能 – 降低维修费用 – 提高管理水平 – 电机、油/水泵的状态监控 – 安全防盗
中国科学院沈阳自动化研究所
单油井现场控制
中国科学院沈阳自动化研究所
覆盖采油区的无线网络
中国科学院沈阳自动化研究所
石化行业
• 检测减压阀及流通阀的泄漏情况。
中国科学院沈阳自动化研究所
污水处理
• 环境限制，难以布线。 • 利用无线技术实现对远程
长滩 海关
陆运
进口商 美国纽约
中国科学院沈阳自动化研究所
电子关封
SS49E 霍尔传感器
滤波 处理
比较器
8位数字 电位器
SS49E 霍尔传感器
滤波 处理
蜂鸣器/LED 报警电路
传感模块
433MHz射频 通信电路
单片机 ATMEGA128L
本地数据 存储器
电源及 管理电路
处理通信模块
中国科学院沈阳自动化研究所
面向工厂自动化应用的 无线网络技术
中国科学院沈阳自动化研究所
内容提要
• 无线技术的优势 • 工厂自动化应用需求 • 技术挑战 • 基于无线网络的工厂自动化系统体系
结构 • 行业应用前景
中国科学院沈阳自动化研究所
无线技术的优势
• 降低投资成本（最 高降低90％）；
• 降低使用成本； • 灵活，易于改造； • 覆盖有线不可达的
Class 3: Open loop control
Class 4: Alerting
Class 5: Logging & downloading/uploading
中国科学院沈阳自动化研究所
传感器信息的实时采集。
• The Orange County Water Reclamation, FL.
• 40-acre facility.
中国科学院沈阳自动化研究所
智能集装箱安全网络
电子关封设备
INTERNET
管 理 中 心
INTERNET 手持设备 阅读设备
出口商 中国广州
陆运
深圳 海关
海运
• 易于使用和维护，可以 长期在无人值守的条件 下运行。
中国科学院沈阳自动化研究所
无线技术的发展
Safety Control
Monitoring
Class 0 : Emergency action
Class 1: Closed loop regulatory control
Class 2: Closed loop supervisory control
中国科学院沈阳自动化研究所
工厂自动化应用需求
• SP100 Technical Requirement
中国科学院沈阳自动化研究所
面临的技术挑战
• 高可靠
– 在工厂复杂的RF环境下，可靠传输率要超过95％ 。
• 实时
– 数据传输延迟应低于1.5倍的传感器采样时间。
• 节能
– 无线设备其自主运行的寿命应达到3至5年。
• 安全
– 网络安全和数据安全。
• 兼容
– 与工厂原有的有线控制网络互连和互操作。
中国科学院沈阳自动化研究所
远近问题
中国科学院沈阳自动化研究所
共存问题
中国科学院沈阳自动化研究所
多跳网络性能
中国科学院沈阳自动化研究所
控制网络
工厂自动化系统体系结构
高速无线骨干网
设备网络
高速无线现场子网
低速、低能耗无线 现场子网
行业应用前景
• On World 预测未来无线技术应用增长最 快的行业：
– Oil and gas – Water/wastewater – Chemical/petrochemical – Electric power – Automotive
中国科学院沈阳自动化研究所
石油与天然气
• 应用需求
温室环境监控
• 由大量可监测空气温度、 空气湿度、日照强度等环 境参数的微传感器节点通 过无线的方式互联构成的 网络化系统，对大型温室 的环境进行自动监控。
中国科学院沈阳自动化研究所
系统特点
• 布设灵活方便，工程成 本低。
• 系统的鲁棒性高，单个 节点的损坏不会影响系 统的正常运行，
• 空间分辨率高，可实现 高密度的精细环境参数 监测。
区域。
中国科学院沈阳自动化研究所
仅仅是对有线的补充？
• 低成本的泛在感知技术将引发传统测控 模式的变革；
• 为一些由于环境、成本等因素不能进行 实时在线测控的应用提供了解决方案。
中国科学院沈阳自动化研究所
实例——电机状态监测
无线网络
无线传感器
中国科学院沈阳自动化研究所
节能降耗的关键使能技术
运行状态监测与优化控制
中国科学院沈阳自动化研究所
通信协议栈结构
中国科学源自文库沈阳自动化研究所
面向应用的通 信模式定义
端到端通信： 网络路由、拥 塞控制
点到点通信： 成帧、信道共 享、扩频调制
现有技术
中国科学院沈阳自动化研究所
Customer
TCP/IP ZigBee Ad Hoc Sensor Network WLAN WPAN
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单油井现场控制
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覆盖采油区的无线网络
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石化行业
• 检测减压阀及流通阀的泄漏情况。
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污水处理
• 环境限制，难以布线。 • 利用无线技术实现对远程
长滩 海关
陆运
进口商 美国纽约
中国科学院沈阳自动化研究所
电子关封
SS49E 霍尔传感器
滤波 处理
比较器
8位数字 电位器
SS49E 霍尔传感器
滤波 处理
蜂鸣器/LED 报警电路
传感模块
433MHz射频 通信电路
单片机 ATMEGA128L
本地数据 存储器
电源及 管理电路
处理通信模块
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面向工厂自动化应用的 无线网络技术
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内容提要
• 无线技术的优势 • 工厂自动化应用需求 • 技术挑战 • 基于无线网络的工厂自动化系统体系
结构 • 行业应用前景
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无线技术的优势
• 降低投资成本（最 高降低90％）；
• 降低使用成本； • 灵活，易于改造； • 覆盖有线不可达的
Class 3: Open loop control
Class 4: Alerting
Class 5: Logging & downloading/uploading
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传感器信息的实时采集。
• The Orange County Water Reclamation, FL.
• 40-acre facility.
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智能集装箱安全网络
电子关封设备
INTERNET
管 理 中 心
INTERNET 手持设备 阅读设备
出口商 中国广州
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深圳 海关
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• 易于使用和维护，可以 长期在无人值守的条件 下运行。
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无线技术的发展
Safety Control
Monitoring
Class 0 : Emergency action
Class 1: Closed loop regulatory control
Class 2: Closed loop supervisory control
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工厂自动化应用需求
• SP100 Technical Requirement
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面临的技术挑战
• 高可靠
– 在工厂复杂的RF环境下，可靠传输率要超过95％ 。
• 实时
– 数据传输延迟应低于1.5倍的传感器采样时间。
• 节能
– 无线设备其自主运行的寿命应达到3至5年。
• 安全
– 网络安全和数据安全。
• 兼容
– 与工厂原有的有线控制网络互连和互操作。
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远近问题
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共存问题
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多跳网络性能
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控制网络
工厂自动化系统体系结构
高速无线骨干网
设备网络
高速无线现场子网
低速、低能耗无线 现场子网
行业应用前景
• On World 预测未来无线技术应用增长最 快的行业：
– Oil and gas – Water/wastewater – Chemical/petrochemical – Electric power – Automotive
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石油与天然气
• 应用需求
温室环境监控
• 由大量可监测空气温度、 空气湿度、日照强度等环 境参数的微传感器节点通 过无线的方式互联构成的 网络化系统，对大型温室 的环境进行自动监控。
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系统特点
• 布设灵活方便，工程成 本低。
• 系统的鲁棒性高，单个 节点的损坏不会影响系 统的正常运行，
• 空间分辨率高，可实现 高密度的精细环境参数 监测。
区域。
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仅仅是对有线的补充？
• 低成本的泛在感知技术将引发传统测控 模式的变革；
• 为一些由于环境、成本等因素不能进行 实时在线测控的应用提供了解决方案。
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实例——电机状态监测
无线网络
无线传感器
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节能降耗的关键使能技术
运行状态监测与优化控制
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通信协议栈结构
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面向应用的通 信模式定义
端到端通信： 网络路由、拥 塞控制
点到点通信： 成帧、信道共 享、扩频调制
现有技术
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Customer
TCP/IP ZigBee Ad Hoc Sensor Network WLAN WPAN