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工业控制中的ZigBee技术分析及研究

更新时间：2019-12-30 20:24:49 大小：1M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：工业控制zigbee 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

随着现代工业的不断发展,其对于工业控制的要求相对提高.而在工业控制系统中,信息传递占据了及其重要的作用.在网络技术不断发展的今天,越来越多的工业控制系统开始引入不同的网络协议,在保证其信息传递的准确性的基础上,也极大地提高了系统的安全性.ZigBee技术作为工业控制中运用的网络协议之一,具有低速率、低成本、低功耗等多个优点,信息传递安全可靠,安装便捷,成本低廉,使其应用范围不断扩大.尤其是现场总线控制系统的应用扩大,也将该种技术引入,这就使得其网络传输的实时性与可靠性有所保证.在这种状况下,极大地提高了控制系统的可扩展性,降低了整体成本.故而,对该项技术的应用加以分析十分必要.

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2017年第1期  
工业控制中的ZigBee技术分析及研究  
汪 科  
湖南铁道职业技术学院牵引与动力学院，湖南株洲 412001  
摘 要 随着现代工业的不断发展，其对于工业控制的要求相对提高。而在工业控制系统中，信息传递占据了及  
其重要的作用。在网络技术不断发展的今天，越来越多的工业控制系统开始引入不同的网络协议，在保证其信息传  
递的准确性的基础上，也极大地提高了系统的安全性。ZigBee技术作为工业控制中运用的网络协议之一，具有低  
速率、低成本、低功耗等多个优点，信息传递安全可靠，安装便捷，成本低廉，使其应用范围不断扩大。尤其是现  
场总线控制系统的应用扩大，也将该种技术引入，这就使得其网络传输的实时性与可靠性有所保证。在这种状况下，  
极大地提高了控制系统的可扩展性，降低了整体成本。故而，对该项技术的应用加以分析十分必要。  
关键词 ZigBee；工业控制；现场总线技术；应用  
中图分类号 TN014  
文献标识码 A  
文章编号 2095-6363（2017）01-0031-02  
1.3 优势  
1 ZigBee 技术分析  
1）可靠性。工业控制环境下对通信网络的首要要  
1.1 内涵  
求 ，就是数据传输的可靠性与准确性。无限通信技术相  
对有限通信而言 ，其受到外界干扰的可能性提高。在部  
分网络技术的使用中 ，还需要使用一定的手段 ，来降低  
其被干扰的可能。而 ZigBee 技术其本身传输的距离短 ，  
被干扰可能降低。另外 ，其本身也会对外界的干扰进行  
消除 ，这就使得其数据的可靠性得到极大的保障。  
2）实时性与同步性。实时性是工业控制的重要指  
标。ZigBee 技术其网络新增节点的典型网络参与实践  
为 30ms，其节点从休眠进入激活状态的用时较短 ，能够  
更快地保证信息的传递。这就使得其在使用中 ，各个环  
节的实时性与同步性较好。  
ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、  
低成本的双向无限通讯技术。其主要适用于距离较短、  
功耗较低、传输速率要求不高的电子设备 ，以及其具有  
一定周期性数据、间歇性数据和低反应数据传输。这就  
类似于蜜蜂在发现花丛后 ，会通过特殊的肢体语言来告  
知同伴其发现的事物。而这种肢体语言 ，其本身的可输  
出距离较短 ，表达难度较低。从这点看来 ，ZigBee 技  
术也具有类似的特性。而随着现代通信技术的不断发展，  
目前 ，其已经成为一种网络协议。该协议相对其他协议  
而言 ，局限性较强 ，但是在应用中 ，这个局限性也转化  
为其优势 ，成为现代工业控制的首选。  
3）灵活性。其灵活性主要体现在自身组网的可扩  
展性以及设备共存性。一般来说 ，无线网络信号之间会  
存在一定的排斥 ，在共同使用时 ，其相互干扰的可能性  
极高。而 ZigBee 技术很好地规避了这一缺点。无论是  
设备的摆放 ，还是其应用 ，都不会产生过多的影响。  
4）经济性。从整体来说 ZigBee 技术其成本较低 ，  
且能够很好地满足工业控制的需求。在使用中 ，无论是  
电源寿命 ，还是后期的调整 ，都不会有过大的花费。这  
就使得其安装成本与维护成本较低。  
1.2 特点  
1）传输速率低下。相对其他的网络协议而言 ，该  
种网络技术其在 2.4GHz 工业、科学、医学频带的最高  
传输速率为 250kbps，适用于报文吞吐量较小的一些通  
信场合。然而 ，在信息技术如此发展的今天 ，人们很多  
商业活动 ，都要依靠网络。该种网络模式基本上没有应  
用空间。  
2）功能耗损较低。ZigBee 技术的传输速率低下 ，  
自然 ，其在整个传输过程中 ，其耗损的功能也相对较少。  
根据其应用统计 ，其发射功率损耗大约为 1mW，在休眠  
的状况下 ，其电池寿命可长达数年。这是其他网络技术  
所难以达到的一个状态。  
2 ZigBee 技术应用解析  
当前 ，工业控制系统不断完善 ，其中以现场总线  
为主要形式。现场总线是一种数字化分布式的双向串行  
通讯总线 ，其种类相对较多。应用较广且效果较好的为  
Modbus。该种协议是 Modicon 公司为可编程逻辑控制器  
设计的现场总线协议。该种协议模式 ，其结构简单、报  
文吞吐量较小 ，类似于 ZigBee 技术。随着 ZigBee 技术  
应用范围的不断扩大 ，不少研究人员也将 Modbus 进行  
优化 ，其本身是通过有线连接来建立 ，而在这个协议中 ，  
其传统的模式没有 ZigBee 技术 ，表现如图 1。该种模  
式下 ，其成本相对较高 ，其设备可扩展性受限制。随着  
现代技术的不断发展 ，当前 ，已经将 ZigBee 技术引入  
3）成本低。当前 ，ZigBee 协议是免专利费的 ，  
也就是说 ，在应用该种协议时 ，协议本身不需要消耗 ，  
只需要基本的设备。而根据相关统计 ，该种技术的设备  
单位成本在几美元左右 ，也就是不超过一百元人民币。  
这就使得其运用成本大幅度降低。  
4）距离短。相对一般网络的覆盖来说 ，该种技术  
的覆盖面有些局限。其传输距离短 ，因此在长期的发展  
中 ，很少有人使用该种技术。但是 ，也正是因为传输距  
离短 ，所以其传输的准确性相对较高。  
作者简介：汪科，讲师，研究方向为电气工程。  
SCIENTIST  
31  
万方数据  
科学理论探索  
其中 ，其结构表现如图 2。  
优化后的引入 ZigBee 技术的控制系统 ，其能够在  
保证通信可靠性与实时性的基础上 ，提高控制系统的可  
扩展性 ，极大地降低了设备的安装成本与维护成本 ，有  
效地实现了工业生产的成本控制 ，经济性较强。  
3 结论  
ZigBee 技术是一款转为低速传感器和控制网络设  
计的无线网络协议 ，其具有低功耗、低成本和灵活可靠  
等诸多优点 ，在小区域内使用相对其他协议具有明显的  
优势。而工业控制，其本身覆盖面积相对较窄，十分适用。  
因此 ，该种技术具有广阔的协议。ZigBee 技术的使用  
为工业控制提供了标准的规范。其对于工业控制网络来  
说 ，能够优化其控制系统 ，为工业生产提供极大的帮助。  
图1 传统的Modbus现场总线控制系统结构图  
参考文献  
[1]丁雪莲.ZigBee协议栈浅析[J].电脑与信息技术，2013，21  
（5）：18-21.  
[2]陈景运，周祥平.ZigBee技术在工业控制领域的应用[J].无  
线电工程，2006，36（6）：61-64.  
[3]张丰，史伟，傅磊.基于ZigBee的工业控制监测系统[J].重  
型机械，2010（S1）：267-270.  
[4]王权平，王莉.ZigBee技术及其应用[J].现代电信科技，  
2004（1）：33-37.  
图2 优化后的Modbus现场总线控制系统结构  
（上接第23页）  
使用更加规范化、科学化。  
严格的审核手续 ，导致重要信息被窃取 ，档案的遗失等  
问题存在。所以在档案管理和使用过程中 ，要建立档案  
资料部门审核制度和档案移交管理制度 ，一方面由各主  
管部门进行审核 ，确定档案的分属类别 ，便于档案管理  
员进行分类管理 ，另一方面通过严格的档案移交手续 ，  
保证档案的使用途径准确 ，有利于档案管理员及时收回  
档案 ，杜绝档案的遗失问题。  
3 跨流域调水工程档案管理实践遇到的问题与解  
决方法  
3.1 档案管理与工程建设进度不同步问题  
跨流域调水工程工期长 ，一些档案管理人员认为  
工作可以慢慢来 ，等一个子项目完成后再进行档案的整  
理。这种想法是错误的 ，档案管理工作是各工程有机的  
载体 ，只有保证档案资料的采集、分类与工程建设同步  
才能够做到准确无误。所以 ，档案的建设与管理必须要  
形成即时完成制度 ，各项目主管保证与档案管理人员的  
实时沟通 ，实施施工前的介入、施工中的控制和施工后  
的验收档案管理模式 ，杜绝事后突击整理档案的工作做  
法 ，保证档案信息的准确性。  
4 结论  
在跨流域调水工程中 ，档案管理是其重要的工作  
内容之一 ，只有加强档案的管理工作才能保证工程的有  
序进行和质量控制。在档案管理工作中 ，要将档案管理  
纳入项目总体管理计划中 ，充分发挥档案管理的作用 ，  
明确档案管理人员的工作内容与职责 ，建立科学的档案  
管理制度，从项目的计划到实施再到后期的验收与管理，  
让档案管理工作全程参与，保证档案资料数据的可靠性，  
通过档案管理体制的建设 ，让档案管理流程化、系统化 ，  
充分发挥出档案管理在跨流域调水工程建设与管理中的  
价值。  
3.2 档案管理人员被动接收各种资料的问题  
在跨流域调水工程中 ，档案管理人员被动接收各  
种资料的问题非常普遍 ，这导致档案的利用效率低 ，档  
案存在滞后性的问题。所以要打破档案管理的被动局面  
就必须要明确好档案管理的工作方向 ，处理好档案管理  
与工程建设之间的关系 ，使档案的收集和整理具有前瞻  
性和可控性 ，充分体现档案资料的价值和档案管理工作  
的重要性。  
参考文献  
[1]魏军霞.浅谈在建工程档案管理的现状与对策[J].陕西水  
利，2014（S1）：116-117.  
[2]樊立敏.浅谈水库工程档案管理工作[J].办公室业务，2015  
（12）.  
3.3 档案管理与使用不规范问题  
[3]朱敏嫦.浅谈如何做好水利工程建设单位的工程档案管理工  
作[J].广东科技，2013（14）：18.  
一些工程的档案管理完全是将所有资料交由档案  
管理员进行整理、分类和归档 ，这导致对跨流域调水工  
程档案管理不熟悉的档案管理员 ，将档案分类和归档错  
误 ，导致使用起来很难快速找到 ，并且容易出现数据错  
误的问题。此外 ，对于档案的使用也是随意调用 ，没有  
[4]焦昊，张锐.拉洛水利枢纽工程档案管理的实践[J].中国水  
利，2016（20）：27-28.  
[5]曹俊启，吴继红，姜志斌.丹江口大坝加高改扩建工程档案  
管理浅析[J].人民长江，2015（6）：35-37.  
32  
SCIENTIST  
万方数据  

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