无线II:行动中的无线

随着无线技术变得越来越复杂，它越来越多地出现在工业应用中。尽管它在过程工业中被广泛使用，但它在离散处理和运动控制领域的应用一直比较缓慢。部分原因在于信号质量;正如我们在第一部分，当前的无线系统不是足够的确定性，并且不能使用足够低的抖动来操作，用于高度协调的运动应用，例如包装或Web处理。

然而，对于要求较低的应用程序，例如传递启动/停止命令、速度设置点、下载参数或询问传感器，无线可能是一个有用的解决方案。

“今天，我们看到无线技术被广泛应用于自动化引导车辆、高架起重机等应用中，任何设备，只要在某个稳定的地方有一个控制器，还有其他需要与之对话的控制器或设备，”该公司的工业通信经理Jeremy Bryant说西门子能源与自动化公司(格鲁吉亚诺)。“现在无线的可靠更新限制是16毫秒。启动/停止信号，运行命令，所有这些都可以在这个限制内处理。”

在工业领域之外的无线运动应用也是如此。在普雷斯顿电影系统（加利福尼亚州Santa Monica），伺服电动机驱动的镜头调节系统允许相机助手微调焦点，虹膜，并在手持设备上轻弹滑块或操纵杆。系统使用Wireless不仅发送启动/停止命令，而是实时控制数据。是的，公司总裁霍华德普雷斯顿表示，对无线运动控制有挑战，但与正确的设计相当可行。

他说:“大多数人都在使用现成的无线系统，它们并不是为实时控制而设计的。”“我们不能承受在传输过程中丢失数据的后果，所以保持一个可靠的无线连接是极其重要的。我们开发了自己的无线传输系统和网络协议，从而实现了高可靠性。”

普雷斯顿系统运行在2.4 GHz，这个频段已经被蓝牙和WiFi设备占据了。为了避免他们的信号被手机和笔记本电脑通信淹没，普雷斯顿团队选择了直接序列扩频方法。Preston补充道:“它天生就抗反射，具有相当高的过程增益，并支持实时控制应用。”

其结果是一个有效、高性能的系统，极大地改变了胶片相机的使用方式。2007年，美国电影艺术与科学学院(Academy of Motion Picture Arts & Sciences)授予普雷斯顿和他的同事米尔科·科瓦塞维奇(Mirko Kovacevic)科学技术奖，以表彰他们对电影制作行业的贡献。

搞清楚
无线运动系统的另一个应用是数据通信。无线系统可以查询传感器和组件的所有信息，从故障历史到传感器的温度、压力和振动输出。

“这是一种自然的演变，”布莱恩特说。“首先，系统启动利用以太网，以便您可以插入网络上的任何位置以获取数据和信息。现在，客户希望在不插插的情况下做到这一点，因此它们在机器上将无线放在用于诊断和故障排除。它被认为是非关键但非常有价值的维护工具。“

例如，在霍尼韦尔传感与控制公司，工程师们已经在试验台应用中使用无线传感器通信来检测扭矩。霍尼韦尔传感与控制公司的首席工程师Frank Turnbull说:“在传感器移动或旋转的情况下，任何传感活动都有很大的好处，使用电线与它通信是不现实的。”扭矩传感是一个例子，用嵌入式传感器监测轴承是另一个例子。

然而，与它走得太远，速度问题再次提升了丑陋的头。“问题是，当你开始将这些东西放入网络时，响应时间下降，因为您必须能够同时使用一个系统询问多个传感器，”Turnbull说。“在正常的术语中，您真的具有相当慢的响应率。为了能够使用无线控制和旋转设备，您需要去点点，这只是电线更换。“

通过点对点无线连接连接大量传感器肯定比通过无线网络连接更昂贵和劳动密集型，但即便如此，用无线替代电缆的成本和维护好处仍然值得一些应用程序使用。系统集合商卡兹奥网络(Kazio Networks，宾夕法尼亚州Leesport)首席工程师梅尔文•福(Melvin Foo)表示:“我设计了一个多轴无线系统，包括收集数据并与客户的数据管理系统集成。”它有一个控制器和更小的子节点，创建了一个集中的协调器。它更多的是为了I/O;实际上，主协调器控制子节点的成本比电缆系统更低。”

无线移动
尽管速度和抖动问题仍然存在，但在某些应用程序中，无线可以表现得足够好，以传递动作命令。以生命科学市场为例，该市场往往拥有用于DNA测试和药物发现等应用的桌面机器。这种机器有10到20个运动轴，每个轴都需要电动机和驱动器，以及相关的电缆。

“有必要降低电缆成本，减少电缆问题带来的痛苦，”业务部门经理John Guite说，帕克汉尼汾公司，机电自动化(Rohnert公园,加利福尼亚州)。与此同时，这类生物技术机器的运动要求通常很低，吉特说，这使它们成为无线解决方案的一个很好的目标。“我们的建议不是消除pc与控制之间的连接，而是进一步消除控制器与多个驱动轴之间的导线。”

这样的生命科学系统将通过无线方式传递命令，而不是将电缆从控制器连接到16个不同的驱动器。Guite说:“通过采用无线运动控制解决方案，客户可以节省硬件总机器成本的15%至25%，并减少类似比例的占地面积。”“除此之外，你还可以节省劳动力成本。”

由于有能力控制自己的轨迹，并具有自己的家和限制，今天的智能驱动器提供了半分布式控制架构，这将有助于确保机器性能，即使在网络中断的情况下。定期对系统进行状态检查以检查可用性，可以标记故障，由用户确定频率、故障条件和响应——例如，是否关闭驱动器、发出警报，或只是将其归类为软错误。所有这些技术都有助于为正确的应用程序提供足够的可靠性。

Guite说:“与Powerlink或SERCOS之类的运动网络相比，这将不是一个竞争对手。“如果你有一个web进程或后续应用，你有多个运动轴必须在500纳秒内同步。你真的不能容忍任何错误。这不是我们会放在这类应用程序中的网络;例如，我们不会把它放进包装机。”

生命科学市场的要求往往要低得多。考虑一个取样应用，在该应用中，DNA板孔中的样本需要被抽吸，然后分配到另一个位置。“运动要求并没有那么高，”Guite说。“他们可以在X轨道和Y轨道上采取行动。他们不需要以弧线或三维轨迹或任何类似的方式移动它。”

因此，在科学应用中有一个基于无线运动的利基，但它可能接管厂房？“这是一种发展技术的案例，在您对其上100％信心的地步，”Turnbull说。“在我到目前为止的我的无线经验中，那些再赢得的人比失败将早起，他们将说服别人可能会持续一段时间。”

通过无线运动的采用可能遵循工业以太网的影响。是的，有工程问题，但它们不是基本的物理障碍。通过技术进步的速度来判断，认为在五到十年内似乎合理，无线将超越其目前的障碍，并在整个运动应用中找到广泛的使用。

Foo说:“我们可能还没到那一步，但它很快就会到来。”