使用PDA和無線技術延伸機器監控應用程式

作者：Nora Tucker，美商國家儀器(National Instruments, NI) LabVIEW PDA產品經理

隨著過去幾年間個人數位助理(PDA)和行動電話的普及，科學家和工程師設法將這些設備結合至其量測及控制應用程式中，成為非常自然的趨勢。這類設備已經成功整合加入的領域之一就是機器的遠端監控。你可以使用可攜式手持設備，結合為數眾多的商業無線技術，輕鬆地傳送警告狀況，密切監控循環式或難以接觸到的機器，並且選擇性地檢查生產線上的機器狀態。本文討論無線技術如何影響機器監控應用程式，以及近來無線技術與手持型設備的結合。本文亦說明如何針對你的應用需求選擇無線技術和手持設備，還有更重要的：選擇能夠迅速而輕易地將它們結合在一起的軟體套件。

無線技術對機器監控的影響

無線技術的出現對於和機器遠端監控有關的應用產生重大的影響。無線通訊延伸了資料擷取和I/O的距離（或範圍），超越了接線的實質限制。因此，大規模的作業（例如水處理設施和淨水場）在其設施中廣泛採用無線技術。在過去，無線連接能力確實使得遠端機器監控變成可行，而現在更允許將遠在數百哩外的機器的監控作業與中央監控站進行連接。這種連接能力大幅降低前往遠端機器站點的次數。現在，不再需要手動收集資料，以及根據預定時程來進行不必要的預防性維護，只需根據「需要」來安排站點訪視。

利用無線技術，你可以將旋轉平台、載具和曲柄等設備整合至監控系統中。過去要將這些機器加入連線網路中相當困難，甚至是不可能的。在無線技術出現之前，這些設備會被置之不理，不加入較龐大的監控網路。現在這些機器完美地和無線監控網路整合為一。

除了無線技術促成的應用之外，無線技術也提供一個機會，能在許多工業應用方面降低成本。實體接線的成本往往相當昂貴；有些評估顯示，在一棟標準的化學廠中的接線成本可能高達每呎40美元，而在核子發電廠中可能高達每呎2000美元。任何減少實體接線的數量都可以大幅影響純益。在需要經常移動和改變網路基本設施的動態環境中，這方面節省的成本往往最大。採用無線技術的機器監控系統顯然要比採用接線基本架構的機器監控系統來得容易重新佈署。

手持型設備的整合

既然無線技術已經在機器監控應用中獲得一席之地，那麼這種技術自然會擴充到含括手持式設備的使用，以便在遠端或選擇性監控機器時能夠獲得進一步的彈性。PDA之類的手持型設備不會被束縛在中央個人電腦監控站上，而是讓操作員和管理人員有能力在無線網路的範圍之內監控機器的狀態，無論是在生產線上還是在自己舒適的家中。

現在市場上大部份的PDA提供足夠的記憶體和處理能力，可以執行許多工業應用程式。此外，PDA設備往往具備內建的無線連線能力，可以和遠端電腦系統分享資料，因此你可以輕鬆地製作可攜式應用程式，作為遠端系統監控或無線儀器控制之用。手持型PDA設備提供一個體積小、重量輕、且具可攜性的量測及警告系統。

對於需要更高的溫度、溼度、水氣和震動規格的應用而言，消費者等級的PDA無法滿足這些要求，但工業用手持型設備（通常執行Windows CE作業系統）可以滿足這些需求，而且適合工業環境使用。此外，這些堅固的設備通常具備其它好用的特性，例如更長的電池壽命、額外的記憶體、更高的資料儲存量，以及更高的解析度顯示，供戶外使用。

最後，PDA和行動電話的結合創造出新款的手持型設備──具備電話功能的PDA，或智慧型電話。雖然通常不像PDA那樣堅固或功能豐富，但這些設備提供比標準行動電話更高的智能。在與遠端機器監控應用程式整合時，具備電話功能的PDA提供另外一層的警訊，讓你在發生可能有害的情況時，有能力以程式透過電話警告操作人員或管理人員。

在建立客製遠端機器監控系統時，可攜式硬體並非惟一的考量──能夠輕鬆運用大量現有技術、具備彈性的軟體開發平台也是關鍵所在。要建立一個完全可自訂的機器監控應用程式，你必須有能力迅速建立自己的程式，供這些手持型設備使用。利用軟體套件（例如NI LabVIEW PDA Module，這是NI LabVIEW圖形化開發環境的延伸套件），你可以輕鬆地建立功能強大、富有彈性、在這些可攜式設備上執行的監控應用程式。此外，它具備內建功能，可以輕鬆地運用目前各種通訊選擇，例如藍芽和802.11。請光臨ni.com/labviewpda以取得進一步資訊。

遠端機器監控應用程式的設計考量

有幾種商業即時可用(COTS)的無線工業標準適合使用在工業環境中。到目前為止，最廣被接受且可用的無線標準是IEEE 802.11a/b/g，亦被稱為無線區域網路、Wi-Fi，和無線乙太網路。藍芽是電腦和週邊設備之間的短距離通訊無線標準。Zigbee是第一個針對感測器、監控及控制設備設計的無線標準，在有限的頻寬中提供比藍芽設備更大的範圍。新一代的行動電話系統稱為3G（第三代之意），提供更遠的基地距離，但是速度不及802.11。

無線工業標準的大量出現，會令人難以決定那一種技術最適合某一項應用，更不用提還有無數的專利技術存在。有幾個因素必須納入考量，其中最重要的幾項包括範圍、效能，以及RF干擾。此外，在將PDA或手持型設備整合至系統中時，並非所有的無線選項都適合。

無線技術的工業應用之一，就是無線機器狀況監控(MCM)。MCM是工業機械維護和程序控制的一種工具，它協助進行機器維修決定，以及程序控制和最佳化。在採用802.11等標準，以無線方式應用時，MCM可以應用在大型旋轉機械方面。以MCM系統為基礎的分散式可程式自動化控制器(PAC)安佈在工廠地板上，每個PAC皆收集震動資料並進行分析，警告和報告資料則使用標準的802.11網路，以無線方式傳送到控制系統。這種無線MCM系統提供多項優點，包括：

1. 減少接線的成本
2. 能夠輕鬆地修整現有機器，不需要增加額外的基本設施
3. 可以彈性地重新置放機械和MCM系統，不需要重新安裝基本設施
4. 在無法接線的地方，可將MCM使用在旋轉或行動型機械上

PDA最常見的Wi-Fi形式是802.11b，但是最近802.11g被引進PDA市場，提供更快的連線速度。就MCM之類的應用而言，這兩種通訊協定都已足夠。只需根據內建功能選擇最適合你需求的手持型設備，或是購買CompactFlash或Secure Digital無線擴充卡來加強現有之PDA投資即可。

另一方面，如果你使用PDA來選擇性地以無線方式自分散式監控系統取得資料，藍芽連線或許是比較好的無線通訊協定。在這類應用中，你的PDA從PAC系統擷取資料和警訊，而沒有直接連線至系統。藍芽最大的優點是它支援設備間的自動連線，這表示你可以在工廠內四處移動，只和你想要監控的機器建立通訊。藍芽使用的無線電頻率是2.4 GHz，距離在30到40呎之間。這種短距離限制了其它無線信號的干擾，也使鄰近的設備不容易存取你的機器資料。建立低階藍芽通訊的方式和TCP通訊類似，它都有伺服器和用戶端的應用程式。PAC開發環境（例如NI LabVIEW）提供對低階藍芽功能的支援，可以同時建立伺服器和用戶端程式。關於使用NI LabVIEW開發藍芽程式的資訊，請光臨(ni.com/labview/zht)。

行動電話技術的優點之一是遠距離分散式系統。惟一能從任何地方連線的方法，就是使用行動電話資料無線連線。利用蜂巢數據機，遠端的PAC可以連接至中央監控系統，並透過數哩外的行動電話通知操作人員。無線蜂巢數據機通常包含內建的天線，以簡化設定。應用範例之一是油田設備（例如散佈在龐大範圍中的幫浦和壓縮機）的警告系統；蜂巢數據機可以迅速而輕易地提供警訊給操作人員和工程人員。

無線技術在過去十年內有長足的進展，其優點開始顯明出來。運用現有的各種無線技術，你可以選擇最適合你的系統的技術。在選擇無線服務之前，務必考慮所有的設計需求，這樣有助於確保你在距離和效能方面都滿足要求。

結論

個人數位助理(PDA)、行動電話，以及無線技術，正在影響遠端機器監控的執行方式。隨著無線技術的發展，最佳的遠端機器監控軟體套件能夠支援多重目標，整合種類廣泛的商用技術，並提供分散式的軟體控制。應用程式開發環境(ADE)必須超越的挑戰包括：

1. 多重目標──以一個ADE支援廣泛的硬體目標
2. 廣泛可用性– 能夠在不改變原始程式碼的情況下，在處理器和目標之間傳送執行檔
3. 相互配合作業能力──和協力廠商硬體的相容性，讓工程師能夠獲益於眾多的工業設備

目前能在一個開發環境中配合運作的多種目標包括類型眾多的處理器、FPGA、DSP，以及PDA和智慧型電話等商業設備。同樣的環境可以針對不同的環境重新編譯程式碼，而且和多種協力廠商設備相容。利用單一的開發環境（例如LabVIEW），多種網路技術（包括802.11和藍芽）可以延伸其能力，輕易地在不同的應用程式之間分享資料和控制執行檔。這表示現在的工程師可以避免災難性的失敗和代價高昂的停機時間；可以預測維修的需求；並且保護珍貴的資產和機器；無論他們是實地身處工廠中或是在舒適的家裡。

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