工业控制中的ZigBee技术分析及研究

汪科

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

1.ZigBee技术分析

1.1内涵

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。

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。

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。

1.3优势

1）可靠性。工业控制环境下对通信网络的首要要求，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。

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。

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技术引入其中，其结构表现如图2。

优化后的引入zigBee技術的控制系统，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。