汪科

摘要 隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，其對(duì)于工業(yè)控制的要求相對(duì)提高。而在工業(yè)控制系統(tǒng)中，信息傳遞占據(jù)了及其重要的作用。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，越來(lái)越多的工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)始引入不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在保證其信息傳遞的準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，也極大地提高了系統(tǒng)的安全性。ZigBee技術(shù)作為工業(yè)控制中運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一，具有低速率、低成本、低功耗等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，信息傳遞安全可靠，安裝便捷，成本低廉，使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。尤其是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用擴(kuò)大，也將該種技術(shù)引入，這就使得其網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性有所保證。在這種狀況下，極大地提高了控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，降低了整體成本。故而，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用加以分析十分必要。

關(guān)鍵詞 ZigBee；工業(yè)控制；現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)；應(yīng)用

1.ZigBee技術(shù)分析

1.1內(nèi)涵

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的雙向無(wú)限通訊技術(shù)。其主要適用于距離較短、功耗較低、傳輸速率要求不高的電子設(shè)備，以及其具有一定周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸。這就類(lèi)似于蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后，會(huì)通過(guò)特殊的肢體語(yǔ)言來(lái)告知同伴其發(fā)現(xiàn)的事物。而這種肢體語(yǔ)言，其本身的可輸出距離較短，表達(dá)難度較低。從這點(diǎn)看來(lái)，ZigBee技術(shù)也具有類(lèi)似的特性。而隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，其已經(jīng)成為一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該協(xié)議相對(duì)其他協(xié)議而言，局限性較強(qiáng)，但是在應(yīng)用中，這個(gè)局限性也轉(zhuǎn)化為其優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的首選。

1.2特點(diǎn)

1）傳輸速率低下。相對(duì)其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而言，該種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)其在2.4GHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)頻帶的最高傳輸速率為250kbps，適用于報(bào)文吞吐量較小的一些通信場(chǎng)合。然而，在信息技術(shù)如此發(fā)展的今天，人們很多商業(yè)活動(dòng)，都要依靠網(wǎng)絡(luò)。該種網(wǎng)絡(luò)模式基本上沒(méi)有應(yīng)用空間。

2）功能耗損較低。ZigBee技術(shù)的傳輸速率低下，自然，其在整個(gè)傳輸過(guò)程中，其耗損的功能也相對(duì)較少。根據(jù)其應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，其發(fā)射功率損耗大約為1mW，在休眠的狀況下，其電池壽命可長(zhǎng)達(dá)數(shù)年。這是其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所難以達(dá)到的一個(gè)狀態(tài)。

3）成本低。當(dāng)前，zigBee協(xié)議是免專(zhuān)利費(fèi)的，也就是說(shuō)，在應(yīng)用該種協(xié)議時(shí)，協(xié)議本身不需要消耗，只需要基本的設(shè)備。而根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，該種技術(shù)的設(shè)備單位成本在幾美元左右，也就是不超過(guò)一百元人民幣。這就使得其運(yùn)用成本大幅度降低。

4）距離短。相對(duì)一般網(wǎng)絡(luò)的覆蓋來(lái)說(shuō)，該種技術(shù)的覆蓋面有些局限。其傳輸距離短，因此在長(zhǎng)期的發(fā)展中，很少有人使用該種技術(shù)。但是，也正是因?yàn)閭鬏斁嚯x短，所以其傳輸?shù)臏?zhǔn)確性相對(duì)較高。

1.3優(yōu)勢(shì)

1）可靠性。工業(yè)控制環(huán)境下對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的首要要求，就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c準(zhǔn)確性。無(wú)限通信技術(shù)相對(duì)有限通信而言，其受到外界干擾的可能性提高。在部分網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用中，還需要使用一定的手段，來(lái)降低其被干擾的可能。而ZigBee技術(shù)其本身傳輸?shù)木嚯x短，被干擾可能降低。另外，其本身也會(huì)對(duì)外界的干擾進(jìn)行消除，這就使得其數(shù)據(jù)的可靠性得到極大的保障。

2）實(shí)時(shí)性與同步性。實(shí)時(shí)性是工業(yè)控制的重要指標(biāo)。ZigBee技術(shù)其網(wǎng)絡(luò)新增節(jié)點(diǎn)的典型網(wǎng)絡(luò)參與實(shí)踐為30ms，其節(jié)點(diǎn)從休眠進(jìn)入激活狀態(tài)的用時(shí)較短，能夠更快地保證信息的傳遞。這就使得其在使用中，各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)性與同步性較好。

3）靈活性。其靈活性主要體現(xiàn)在自身組網(wǎng)的可擴(kuò)展性以及設(shè)備共存性。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之間會(huì)存在一定的排斥，在共同使用時(shí)，其相互干擾的可能性極高。而zigBee技術(shù)很好地規(guī)避了這一缺點(diǎn)。無(wú)論是設(shè)備的擺放，還是其應(yīng)用，都不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的影響。

4）經(jīng)濟(jì)性。從整體來(lái)說(shuō)zigBee技術(shù)其成本較低，且能夠很好地滿(mǎn)足工業(yè)控制的需求。在使用中，無(wú)論是電源壽命，還是后期的調(diào)整，都不會(huì)有過(guò)大的花費(fèi)。這就使得其安裝成本與維護(hù)成本較低。

2.ZigBee技術(shù)應(yīng)用解析

當(dāng)前，工業(yè)控制系統(tǒng)不斷完善，其中以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為主要形式。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是一種數(shù)字化分布式的雙向串行通訊總線(xiàn)，其種類(lèi)相對(duì)較多。應(yīng)用較廣且效果較好的為Modbus。該種協(xié)議是Modicon公司為可編程邏輯控制器設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議。該種協(xié)議模式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、報(bào)文吞吐量較小，類(lèi)似于ZigBee技術(shù)。隨著ZigBee技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，不少研究人員也將Modbus進(jìn)行優(yōu)化，其本身是通過(guò)有線(xiàn)連接來(lái)建立，而在這個(gè)協(xié)議中，其傳統(tǒng)的模式?jīng)]有ZigBee技術(shù)，表現(xiàn)如圖1。該種模式下，其成本相對(duì)較高，其設(shè)備可擴(kuò)展性受限制。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前，已經(jīng)將zigBee技術(shù)引入其中，其結(jié)構(gòu)表現(xiàn)如圖2。

優(yōu)化后的引入zigBee技術(shù)的控制系統(tǒng)，其能夠在保證通信可靠性與實(shí)時(shí)性的基礎(chǔ)上，提高控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，極大地降低了設(shè)備的安裝成本與維護(hù)成本，有效地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的成本控制，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。

3.結(jié)論

zigBee技術(shù)是一款轉(zhuǎn)為低速傳感器和控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其具有低功耗、低成本和靈活可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，在小區(qū)域內(nèi)使用相對(duì)其他協(xié)議具有明顯的優(yōu)勢(shì)。而工業(yè)控制，其本身覆蓋面積相對(duì)較窄，十分適用。因此，該種技術(shù)具有廣闊的協(xié)議。zigBee技術(shù)的使用為工業(yè)控制提供了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。其對(duì)于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，能夠優(yōu)化其控制系統(tǒng)，為工業(yè)生產(chǎn)提供極大的幫助。