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在工业无线网络的智慧之海中ANSIISA 10011a和WirelessHART如同两条交织的河流共

在工业自动化领域,现场设备与控制系统之间的无线连接是实现智能制造的关键。ANSI/ISA100.11a和WirelessHART协议都是工厂或设施管理者选择连接这些设备时可以考虑的两大国际标准(IEC62734-无线通信网络和通信配置文件,以及IEC62591-工业网络:无线通信网络和通信配置文件)。这两个协议都使用低功耗IEEE802.15.4无线电,并且已经在全球范围内被广泛应用了十年左右。

尽管它们有许多相似之处,但 ANSI/ISA100.11a和WirelessHART在组织网络方面存在显著差异。WirelessHART采用网状结构,这是一个自我修复、自组织的网络,每个节点可以根据需要调整其角色,以确保数据流畅传输。同样地,ANSI/ISA100.11a也具有自我修复能力,每个节点都可以设置冗余路径,用户可以指定这些路径来管理整个网络。

图1显示了路由器如何帮助管理数据流量并减少对网格结构依赖。这两个协议都是过程制造领域自动化技术发展的产物,它们旨在提供一种简单易行、易于实施但又高效的解决方案,以避免像过去那些复杂总线战争一样的问题重演。

WirelessHART出现在市场上,它以其快速配置和简便操作吸引了众多用户。它结合了传统有线仪表HART协议中的工具与技术,但通过无线方式进行通信。这使得 WirelessHART 具备了一种强大的自组织功能,使得设备能够自动确定如何互相通讯以交换数据。然而,这种自组织特性也有其局限性,比如可能会导致可扩展性问题,因为每个网关通常只能处理一定数量的设备。此外,由于缺乏手动旁路机制,一旦形成某些不理想的情况,就难以改变。

虽然 WirelessHART 的这种设计为攻击提供了一定的可能性,但实际上,要成功地进行攻击并不容易,而且还需要防御措施。而且,由于物理布局可能导致创建不利于所有设备均匀参与通讯的情形,那些位于“夹点”位置的策略性的节点可能会成为瓶颈,从而影响整体性能。此外,对这些夹点位置所需额外功率消耗也是一个挑战,尤其是在电池供电或清洁能源环境下。

为了应对这一挑战,有一些分析工具可用于监控通讯路径以及成员设备状态,如电池状况等。如果出现夹点问题,这些工具将识别并警告相关人员。但由于无法直接更改现有的通讯路径,所以必须重新安排一些元素直到找到更合适的情况,或添加新的网关以建立更好的通道。

另一方面,ISO 100标准委员会致力于为工业自动化应用开发一系列无线通信标准,而ISO 100第3工作组则负责开发ISO 100.11a产品。在设计阶段进行简单规划,可以大幅提高工程性能,并避免过度简化带来的后果。不过,在具体应用中,还需要根据不同的环境和需求来选择最合适的手段,而不是盲目采纳某种单一方法。

最后,无论是通过路由器作为中继点还是其他手段,最有效的是确保良好的信号传播,不受钢罐、钢结构等障碍物干扰,同时避免频繁移动天线或者调整信号源。如果能做到这一点,就能确保长期稳定运行,即使遇到突发事件,也能迅速恢复服务。在正确部署ISA 100.11a之后,只要偶尔检查即可保证系统连续运作数年不间断。

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