工业强度无线网络连接运动控制

特制的协议和坚固的组件产生了坚固的工业无线网络。

无线技术在当今世界无处不在。这不仅仅是个人或电脑通讯的问题。在奥运会上，跆拳道和击剑的得分都提高了准确性，减少了无线带来的不便。rf功能单位加速出租汽车返回和流线包裹跟踪。这些优势也适用于无线工业通信。在工厂生产和包装线的情况下，无线通信可以降低成本，减少占地面积，并最小化故障点。

尽管对工业应用的无线通信有益，但它也提出了挑战。与此同时，该技术在过去几年中成熟（见图1）。“在过去的老年时，每个人都谈到了无线的问题与信号的恢复性和信号的安全性相比非常相关，”Wina（无线工业网络联盟）和副总裁兼副总裁兼副总裁兼副总裁Cooper Industries无线业务部门经理。“我认为我们已经超越了这一点 - 信号的完整性非常强大，具有适当的技术。在许多情况下，在给出使用安全性和加密完成的工作中，系统可以比有线等同物更安全。“

然而，延迟仍然是一个限制。无线无法支持换向命令和高速路径规划所需的数据速率 - 这些通信保持有线。尽管如此，对于较少的时间关键数据传输，无线技术可以正常工作。“无线技术在微秒范围内不可用，但现在从工业角度出发的大部分无线技术都是绝对可用的，在毫秒范围内绝对可用，”Totea说，提及与Profibus开发的系统。“我们运作了无线无线电系统在我们呼叫连续发送模式的情况下，这意味着无线电始终可用于传输，延迟只是将信号输入信号的延迟。那些延迟在3到7毫秒的范围内，哪些真正在许多不同应用中的监控系统的甜蜜点。“

工业应用可以惩罚，强迫系统生存，极端极端，冲击和振动，腐蚀性化学品和湿度。也许对无线通信更加损害，工业环境引进了各种各样的电气干扰。除了通过布线迷住的整体电力，机械可以产生低频和高频谐波。添加到普遍存在的手机和其他蓝牙设备，更不用说像微波炉等明显罪魁祸首，你有一个非常困难的环境。

修改包括具有专用衬垫，材料和涂料的粗糙化包装。例如，Altman与一个用于开放式挖掘机的单位，足以生存在一桶水桶里。在传输前沿，跳频扩频等技术允许系统在定义的一组频率之间切换，以便自身围绕潜在的干扰。此外，系统功能内置的故障保险箱和冗余，如握手，以确保接收到命令。

也就是说，这种稳健性需要花钱。终端用户需要抵制诱惑，选择最便宜的解决方案，而不是已经加固的工业应用方案。“当你谈到Wi-Fi时，有大量的产品可能会误导终端用户，”MDA控制公司的总裁约瑟夫·奥特曼说，“有一种Wi-Fi，你花几百美元就能买到，它在特定的环境下可以工作。当你进入这个行业，就必须在更高的水平上运作。”终端用户需要确保他们购买的系统能够容忍他们的应用程序的条件，即使这可能会使成本增加10到20倍。

选择正确的解决方案
尽管对无线的能力做全面的陈述是有用的，但现实是工业运动并没有单一的形式，而是根据应用的具体情况而变化的一系列解决方案。

早期，系统集成商和机器建设者往往使用经过验证，轻松综合ZigBee等技术。ZigBee网络架构是一种集群树设计，其中最终设备通过路由器进行通信，以形成协调器监督的网状网络（参见图2）。该架构可以有些复杂，因为只能通过路由器添加新的终端设备。协议呼叫设备以确认发送接收并避免在通道处于活动状态时发送数据。该技术采用跳频来避免干扰。

Zigbee是一种经济且广泛可用的解决方案，拥有大量芯片组供应商。然而，在工业领域，更商业化的技术并不总是像想象的那样工作。尽管ZigBee非常适合不频繁数据传输的多对一应用程序，但它不一定适合恶劣的环境。

无线高速公路可寻址远程传感器(WirelessHART)标准提供了一种有效的工业替代方案。ZigBee和WirelessHART都是基于IEEE 802.15.4标准的。

WirelessHART基于一种“网格到边缘”的方法，该方法由支持射频的现场设备组成，这些设备可以相互通信，这使得添加新节点变得很容易(见图3)。网关设备充当了总体控制器。时间同步通信调度通信，消除数据冲突。无线心脏还利用了传输确认和频率敏捷性来最小化干扰的影响。

选择正确的应用程序
很多工程都是关于权衡，将正确的解决方案匹配到正确的问题。对于Altman来说，第一步是确定最适合的无线解决方案——或者无线是否是最好的解决方案。他说:“首先要明白什么该做，什么不该做，哪里可以无线，哪里不能。”毕竟，即使无线网络可以完成这项工作，它也可能不是最节省成本或时间的解决方案。

无线运动控制的理想应用是旋转机械。通常的解决方案需要像滑环这样的部件，或者允许360度或更大程度上卷的长电缆。无线技术消除了这种需要。

然而，它不仅仅是一个电缆更换解决方案，以消除故障点或简化复杂的解决方案。Toteda说:“我们已经超越了那个领域，进入了一个无线已经成为整个通信网络不可分割的一部分的领域。”他指出，不仅仅是运动，还有传感器和传感器网络。“你现在有了网状技术的概念，在整个制造环境中相互连接，在过去，你不可能把所有这些连接起来，而不是在整个工厂中形成缠结在一起的布线网。这将成为一种新的模式，这种概念本质上是在你的制造环境中建立一个无线保护伞，然后将它用于各种基础。”

并且包括运动。“具有现在整体无线控制系统的一部分的编码器系统更为重要，因为它是整体制造环境的一部分，”他说，“所以我认为更多地使用无线的进展。”

Altman指出了一种在地下采矿设备上使用无线运动的系统。操作人员使用操纵杆和传感器从1000英尺远的地方操纵无人机器。该应用程序非常适合无线运动——使用电缆最好的情况下是笨重的，最坏的情况下非常容易发生故障，但该应用程序不具备电机换向和路径规划等机器关键操作的高速度要求。如果操作符发送一个命令来挖掘，并且它在几百毫秒后到达，那么它不会影响应用程序。对于这种非关键操作，无线增强了安全性和可靠性，同时按要求执行。

制药行业也可以从无线技术中获益。药品生产往往是在工作单元中进行的。根据所涉及的流程，每一种新药的生产线可能会完全重新配置，因此许多设备实际上是便携式的，这使有线系统的运行具有挑战性。与此同时，由于需要实时监控流程、收集数据并使用适当的时间戳存储数据，以确保稳健、可跟踪的操作，制造过程在高度规范的环境中进行。考虑到对灵活性的需求，无线技术可以为收集和传输数据提供强有力的解决方案。

另一个适合的是大型车辆的发动机总成，它包括安装在无线控制的小车上的联锁和子系统，当它们通过生产线的各个步骤时。

虽然无线技术已经显着进展，但工作仍然存在。今天，Toteda建议，挑战往往以实施选择和标准开发工作为中心。“我们需要确保标准由该市场提供服务的多个供应商，并且产品本身彼此交换，并与客户需求的规格一起使用。”尽管如此，该技术在工业界得到了广泛的认可。“今天可能没有工厂，没有无线，”他说。