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行业解读 | 蓝牙工业现场总线应用模型设计方案内容介绍
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传统的工业现场有一个比较大的问题就是现场的网络布线会受到安装位置的限制,线路都被固定,所以在需要设备经常移动的场景下,是不适合用有线介质作为传输介质的。而这个时候,无疑蓝牙技术是更适合移动设备连接的。

蓝牙技术(Bluetooth)作为一种中短距离无线通信技术,具有无线性、协议开放、低能耗、高安全性等优点,所以它特别适合于连接具有移动性的现场设备,通过使用蓝牙无线技术作为电缆替代方案可以实现一种无线现场总线,并可通过网关设备实现无线网络与有线遗留系统的互联。

该文通过对传统有线现场总线网络的结构及其缺点的分析,结合蓝牙技术的特点,提出一种在现场总线中使用蓝牙技术替代有线传输介质的应用模型及基于该模型实现的原型系统。

1、现场总线网络系统的结构及存在的问题

现场总线网络是一种自动化控制网络系统,它可以将专用或通用的微处理器集成到传统的测量控制仪表中,使其具有数字计算和通信能力,使用双绞线等传输介质作为总线,将多个具有一定智能的测量控制仪表连接成网络系统,并按开放、规范的通信协议构成适用于不同环境的自动化控制系统。根据不同的使用环境,常用的现场总线技术有:FF基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等,其中FF基金会现场总线技术因具有协议开放、全数字化通信、分布式控制、可互操作、专门针对过程控制设计等优点,在自动化领域得到了广泛支持并具有良好发展前景,该文的讨论以FF现场总线技术作为实例。

2、蓝牙无线技术协议及体系结构

蓝牙技术是由非营利性组织蓝牙SIG标准化的短距离无线射频通信技术,蓝牙无线技术是完全开放的,不同厂家生产的蓝牙设备可以保证互操作性和兼容性。蓝牙技术使用的射频信号工作在全球免费的2.4GHzISM频段,而且其信号功率可在1mW到100mW之间动态变化,不会对人体和其他设备产生影响。   蓝牙协议的体系结构采用分层结构,蓝牙协议栈是按最大限度地重用已有通信协议的原则进行设计的,以保证了蓝牙协议与已有协议的兼容性,简化了遗留系统的移植。

3、蓝牙工业现场总线应用模型描述

通过前述分析,FF现场总线的问题主要集中于:FF物理层的传统传输介质为有线介质,有线介质的使用要求现场总线的部署必须进行布线,而前述的一些特殊应用情况是不适宜进行布线的。针对前述问题,结合蓝牙技术具有中距离全向通信、低功耗、功率可调、低干扰等优点,提出使用蓝牙无线介质替代电缆,从而解决布线所带来的问题。

针对现场总线,可以在现场传感器或智能变送器设备底层集成蓝牙模块,实现不同的现场设备之间通过蓝牙射频通信,还可以通过网关设备实现遗留有线现场总线与蓝牙无线现场总线的透明连接,进而提出一种蓝牙现场总线应用模型。在该应用模型中,现场设备是配置了蓝牙模块的传感器,称其为蓝牙传感器;为了实现蓝牙网络与遗留有线现场总线的互联,在蓝牙现场传感器网络与有线现场总线网络的边界设置网关设备实现二者的互联。假设连接的有线现场总线产品为FFHSE(HighSpeedEthernet)。整个蓝牙工业现场总线应用模型可以分为三部分:蓝牙现场传感器、蓝牙网关和HSE网络。

4、原型应用系统的实现

基于上述蓝牙工业现场总线应用模型的原型应用系统开发主要包括蓝牙传感器和蓝牙网关应用的设计和实现,有线HSE现场总线的软硬件使用中科院沈阳自动化研究所开发的相关产品。蓝牙网关设备与蓝牙传感器使用CSR公司的BlueCore01单芯片蓝牙模块,蓝牙传感器的传感器模块为I2CAD7416温度传感器芯片,蓝牙网关应用运行硬件平台为通用PC机;蓝牙传感器软件开发工具为CSRCASIRA集成开发工具,Windows平台蓝牙协议软件开发工具为WidcommBTWDK。蓝牙网关应用使用的蓝牙协议层次主要包括LMP、L2CAP、RFCOMM和SDP。

目前,在民用消费类电子产品中,蓝牙无线技术应用得更广泛些,而在工业现场中,还是使用得比较少的。小编今天分析的案例就是蓝牙技术在工业现场应用的一次很有意义的尝试,这种创新性的尝试是值得我们借鉴的。蓝牙技术的优点很多,让蓝牙工业现场总线应用模型具有很大的可行性。

文章来源:《详谈蓝牙工业现场总线应用模型设计方案》,智家网

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