摘要

工廠里有很多以不同方式互連的設(shè)備，有些是非智能化簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)連接單元（I/O），更多的是智能化設(shè)備（比如智能傳感器、單回路控制器和PLC）和監(jiān)控系統(tǒng)（作為HMI使用，用于數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控）。這些設(shè)備是以各種不同的通信協(xié)議和媒介來(lái)互連的，其中有些就可以用藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)來(lái)代替。本文將討論如何利用藍(lán)牙連接這些設(shè)備，以及該領(lǐng)域?qū)τ谒{(lán)牙技術(shù)的一些特殊要求。

本文將藍(lán)牙的工業(yè)應(yīng)用分為四個(gè)方面：

1. 代替串行線纜。無(wú)線藍(lán)牙連接可以代替當(dāng)前的串行線纜。
2. 結(jié)合藍(lán)牙和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。利用藍(lán)牙帶來(lái)的CPU處理能力，給設(shè)備添加更多功能，如內(nèi)置的WEB用戶(hù)接口。
3. 工業(yè)接入點(diǎn)。通過(guò)接入點(diǎn)將數(shù)個(gè)藍(lán)牙設(shè)備連接到傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)中，比如IP網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)）或者工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)（如Controlnet和Profibus等）。
4. 無(wú)線傳感器和起動(dòng)器。利用藍(lán)牙來(lái)將與物理制程關(guān)系最密切的設(shè)備（傳感器、起動(dòng)器和簡(jiǎn)單的模擬/數(shù)字IO設(shè)備）連接到監(jiān)控系統(tǒng)。

代替串行線纜

目前很多工業(yè)設(shè)備都使用傳統(tǒng)的串行接口（如RS232, RS422或RS485）來(lái)連接配置工具或編程工具 .這些工具專(zhuān)門(mén)在設(shè)備需要重新配置或編程時(shí)與之連接，通常都在標(biāo)準(zhǔn)電腦上操作，并一般使用某種獨(dú)立的方法或設(shè)備專(zhuān)用通信協(xié)議來(lái)和設(shè)備進(jìn)行連接。這些因素都使該領(lǐng)域成為藍(lán)牙一個(gè)很好的用武之地。圖1就展示了一個(gè)利用串行線纜來(lái)連接PLC的PC式編程工具。

用藍(lán)牙代替串行線纜有兩種方法：一種是使用與工業(yè)設(shè)備外置串行端口相連的外置藍(lán)牙適配器，另一種是使用與設(shè)備電子部分內(nèi)部相連的內(nèi)置藍(lán)牙適配器。藍(lán)牙適配器可以模擬串行端口，并使用RFCOMM協(xié)議在空中傳輸數(shù)據(jù)（支持Serial Port Profile）。電腦可使用PC卡或者其它附加設(shè)備來(lái)支持藍(lán)牙。藍(lán)牙在電腦中的應(yīng)用使藍(lán)牙Serial Port Profile可以行使一個(gè)類(lèi)似于COMMport的角色，使原有的電腦配置和編程工具可以繼續(xù)使用。

藍(lán)牙還可以在支持內(nèi)置TCP/IP的設(shè)備和WEB服務(wù)器的更先進(jìn)工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域代替串行線纜。此時(shí)，藍(lán)牙適配器對(duì)LAP（Lan Access Profile）的支持可以達(dá)到RFCOMM的水平，而其它的軟件堆棧則被包括在工業(yè)設(shè)備中（PPP, IP和WEB服務(wù)器）。這使得支持LAP（Lan Access Profile）的外部HMI設(shè)備（如筆記本電腦或PDA）可以接入設(shè)備內(nèi)置的WEB式用戶(hù)接口，而不需要安裝專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用軟件。

圖2展示了藍(lán)牙適配器代替串行線纜的基本結(jié)構(gòu)。

藍(lán)牙和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合

假設(shè)有一個(gè)帶內(nèi)置控制系統(tǒng)的閥門(mén)，不斷將動(dòng)態(tài)狀態(tài)和控制變量信息通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議傳輸?shù)诫娔X（如圖3）。

將一個(gè)藍(lán)牙適配器添加到該設(shè)備上（外置或內(nèi)置）。藍(lán)牙適配器通過(guò)Modbus協(xié)議和閥門(mén)通信。WEB/WAP頁(yè)面由內(nèi)置WEB/WAP服務(wù)器提供，并借助Modbus協(xié)議來(lái)編寫(xiě)，用于顯示和修改動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。藍(lán)牙可以利用LAP（Lan Access Profile）來(lái)獲取WEB/WAP頁(yè)面，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置、維修和監(jiān)控。

這一概念的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：

從圖中可以看出，除了Modbus，藍(lán)牙適配器還可以使用其它工業(yè)協(xié)議和設(shè)備控制系統(tǒng)通信。可以使用Wap over Bluetooth手機(jī)來(lái)訪問(wèn)內(nèi)置的WAP用戶(hù)接口。WAP over Bluetooth規(guī)范固定“路由”功能作為手機(jī)功能的一部分。這使得本地WAP頁(yè)面可以帶有一個(gè)能連到廣域網(wǎng)（WAN）中另一個(gè)頁(yè)面的超鏈接。WAN可以通過(guò)GMS、GPRS或者將來(lái)的UMTS技術(shù)來(lái)訪問(wèn)。該應(yīng)用的一個(gè)典型例子就是借助本地WAP頁(yè)面來(lái)報(bào)警。該頁(yè)面可以連接到WAN頁(yè)面，而WAN頁(yè)面包含了如何處理報(bào)警所反映的問(wèn)題的信息，并能不斷對(duì)與該警報(bào)有關(guān)的信息進(jìn)行更新。

工業(yè)接入點(diǎn)

在工業(yè)環(huán)境中使用無(wú)線通信將是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。這要求工業(yè)設(shè)備必須能使用藍(lán)牙功能并和現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)相連，比如IP網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)）或者工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)（如Controlnet和Profibus等）。

我們以基于以太網(wǎng)的有線網(wǎng)絡(luò)和藍(lán)牙工業(yè)設(shè)備之間的連接為例（如圖5）。如前文所述一樣，此處的工業(yè)設(shè)備（仍以閥門(mén)為例）也采用了嵌入式WEB服務(wù)器。

設(shè)備的內(nèi)置WEB接口是通過(guò)接入點(diǎn)（AP，如圖5中1）來(lái)訪問(wèn)的。AP就像一個(gè)“電話交換器”，連接到各個(gè)閥門(mén)。WEB用戶(hù)對(duì)AP進(jìn)行訪問(wèn)。通過(guò)AP中的內(nèi)置WEB接口，可以顯示出所有連接的藍(lán)牙設(shè)備。用戶(hù)選擇其中一個(gè)設(shè)備，并與該設(shè)備建立LAP（Lan Access Profile）連接，接著AP就開(kāi)始行使一個(gè)路由器的職能。同時(shí)，用戶(hù)可以通過(guò)藍(lán)牙直接訪問(wèn)所有設(shè)備基于WEB的HMI（如圖5中2）。

第二個(gè)例子是上一例子的變體。接入點(diǎn)（AP）此時(shí)使用modem、GSM、GPRS或者未來(lái)的UMTS技術(shù)來(lái)行使一個(gè)撥號(hào)AP的功能（如圖6）。

目前的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線多種多樣，有標(biāo)準(zhǔn)的，也有某些廠商專(zhuān)有的。下面的例子展示的是帶藍(lán)牙功能的設(shè)備（仍以閥門(mén)為例）如果利用現(xiàn)場(chǎng)總線接入點(diǎn)（Fieldbus Access Point）來(lái)連接到原有的有線網(wǎng)絡(luò)上（如圖7）。

在這里，藍(lán)牙設(shè)備通過(guò)一個(gè)藍(lán)牙專(zhuān)用傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇尤朦c(diǎn)（如圖7中1）。數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化成現(xiàn)場(chǎng)總線所支持的格式，并傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)發(fā)出請(qǐng)求指令的設(shè)備中。

從圖中可以看出（如圖7中2），藍(lán)牙設(shè)備還可以同時(shí)用作一個(gè)帶內(nèi)置WEB式HMI（參考前文內(nèi)容）的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和一個(gè)與接入點(diǎn)（并進(jìn)一步和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

另一種應(yīng)用是使接入點(diǎn)內(nèi)部支持藍(lán)牙Lan Access Profile和內(nèi)置WEB服務(wù)器。這是用來(lái)訪問(wèn)來(lái)自藍(lán)牙設(shè)備的數(shù)據(jù)和通過(guò)WEB式HMI連
接現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備的數(shù)據(jù)。

圖8展示了現(xiàn)場(chǎng)總線接入點(diǎn)（Fieldbus Access Point）的基本結(jié)構(gòu)。

這里的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議是在藍(lán)牙協(xié)議堆棧頂端運(yùn)行的一個(gè)行業(yè)專(zhuān)用協(xié)議。它可以在L2CAP層或者RFCOMM上呼叫藍(lán)牙堆棧。使用藍(lán)牙的工業(yè)設(shè)備必須支持這一協(xié)議。在這個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)不同制造商設(shè)備之間的互用性是眾人之期望，也是未來(lái)的SIG工業(yè)應(yīng)用工作組和專(zhuān)家組的一個(gè)主要任務(wù)（請(qǐng)參考本文件中后面關(guān)于“SIG工業(yè)應(yīng)用工作組和專(zhuān)家組”的內(nèi)容）。