2024-12-09
自動控制的應用一直是改變現(xiàn)代制造和工業(yè)流程的重要因素。引入控制系統(tǒng)后，所有生產(chǎn)路線在安全性、效率和生產(chǎn)力方面都取得了進步。無線技術(shù)已逐漸成為工業(yè)自動化的解決方案，因為它們比傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡具有多項優(yōu)勢。
一、工業(yè)無線網(wǎng)絡：徹底改變工業(yè)自動化：
工業(yè)自動化開辟了一個令人興奮的無線傳感器網(wǎng)絡 （WSN） 研究領(lǐng)域。這些網(wǎng)絡的主要優(yōu)點包括它們在傳統(tǒng)布線可能不太可行且成本高昂的地方使用。讓我們關(guān)注當今工業(yè)過程中 WSN 的實際產(chǎn)量。
1．提高可訪問性和靈活性：
WSN 的顯著優(yōu)勢之一是它們將消除長布線的必要性，而長布線是他們在偏遠地區(qū)甚至不容易到達的地方提供服務的有利因素。這不僅是降低安裝成本的一步，而且還提供了監(jiān)控布線不可行的應用的能力。此外，在臨時安裝和電源不可靠的區(qū)域，WSN 可以實現(xiàn)此功能。
2．優(yōu)化工廠資產(chǎn)管理：
無線網(wǎng)絡是用于對已投入使用的工業(yè)設(shè)施進行現(xiàn)代化改造的關(guān)鍵技術(shù)。通過釋放通常為較低優(yōu)先級測量保留的電纜資源，智能傳感器網(wǎng)絡可以更有效地管理工廠資產(chǎn)。傳統(tǒng)儀器（包括壓力表和溫度刻度盤）可以用無線傳感器代替，從而確認更好的準確性和可靠性。此外，WSN 可以在旋轉(zhuǎn)或移動的設(shè)備以及遠程位置的設(shè)備上進行測量，從而增加傳感位置。
3．可擴展性和成本效益：
WSN 的可擴展性是這些網(wǎng)絡的另一個顯著優(yōu)勢。新模塊可以以低成本添加到任何地方的現(xiàn)有網(wǎng)絡中，并且還可以實現(xiàn)對新需求的不斷擴展和適應。此外，臨時測量還可用于過程診斷和優(yōu)化，從而允許充分利用 WSN 選項。
二、無線傳輸網(wǎng)絡：挑戰(zhàn)和標準：
在工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)で笕蚪邮?WSN 遇到了許多挑戰(zhàn)。主要問題之一是無線通信網(wǎng)絡中需要一個單一的通用標準。多個協(xié)議可以在同一帶寬內(nèi)工作并且彼此不兼容，這一事實可能會導致可靠性、延遲問題和潛在的安全漏洞。實施一個促進安全性、互操作性和成本效益的通用基準對于該行業(yè)來說是極其困難的。
三、不同類型的無線通信：
工業(yè)中使用的不同類型的無線通信如下：
1． 無線網(wǎng)絡：
采用 IEEE 802.11 標準的 Wi-Fi 通信因其快速的數(shù)據(jù)傳輸速率、可靠性和與現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施交互的靈活性而在工業(yè)自動化中廣受歡迎。Wi-Fi 網(wǎng)絡指定有限區(qū)域內(nèi)的無線連接。它們通常覆蓋工廠車間或倉庫的區(qū)域。工業(yè)領(lǐng)域的 Wi-Fi 包括機器的無線控制、庫存跟蹤、質(zhì)量控制和工人移動性。平板電腦和智能手機等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用 Wi-Fi 與控制系統(tǒng)、服務器和云存儲實時交換數(shù)據(jù)，以便工作人員可以快速做出決策并失敗。
2．藍牙：
藍牙技術(shù)已經(jīng)超越了最初以消費者為中心的應用程序，在工業(yè)自動化環(huán)境中提供了實用性。藍牙為短距離無線連接提供更低的功耗，適合連接附近的設(shè)備。BLE 變體在功率效率方面進一步提高了效率，是工業(yè)電池傳感器和執(zhí)行器的首選。藍牙的工業(yè)使用是通過資產(chǎn)跟蹤、設(shè)備監(jiān)控和人員安全來維護的。配備類似藍牙的小工具的設(shè)備可以在它們之間以及與直接控制系統(tǒng)進行通信，而不會出現(xiàn)任何問題。
3．Zigbee：
此網(wǎng)絡協(xié)議是自動化和 IoT 領(lǐng)域中使用的低功耗無線技術(shù)。Zigbee 按照 IEEE 802.15.4 標準運行，具有低數(shù)據(jù)速率，但中短距離。Zigbee 的網(wǎng)狀網(wǎng)絡功能能夠在可能包含障礙物和干擾的工業(yè)環(huán)境中進行不間斷和安全的通信。Zigbee 的工業(yè)用途包括工業(yè)照明的電子控制、樓宇自動化和智能計量。Zigbee 的自主連接網(wǎng)狀網(wǎng)絡可確保持續(xù)運行和容錯能力，從而形成更可靠的自動化生態(tài)系統(tǒng)。
4． 6LoWPAN：
6LoWPAN 的技術(shù)基于 IEEE 802.15.4 標準，這是一種低功耗個人局域網(wǎng)。利用比 IPv4 更先進且提供更高位數(shù)據(jù)容量的 IPv6 技術(shù)，使大量設(shè)備的 IOT 網(wǎng)絡可用。該技術(shù)具有低功耗特性，最適合工業(yè)自動化系統(tǒng)中常見的小型、低功耗設(shè)備。它適用于需要在有限電源下長時間運行的傳感器網(wǎng)絡。盡管速度低于其他無線網(wǎng)絡，但 6LoWPAN 在低功耗設(shè)備連接方面脫穎而出，這是節(jié)能工業(yè)應用的領(lǐng)先技術(shù)。
5． 無線 HART：
無線 HART 符合 IEEE 802.15.4 標準，屬于工業(yè)自動化中批準的 HART 協(xié)議。HART 允許模擬和數(shù)字信號通過同一電纜在同一頻率上同時傳輸。HART 無線使用網(wǎng)狀拓撲，這意味著廣播不會發(fā)送到路由器；相反，操作區(qū)域中的多個節(jié)點會相互通信。這種架構(gòu)允許數(shù)據(jù)在設(shè)備之間直接傳輸，從而提高了網(wǎng)絡彈性和可靠性。無線 HART 是工業(yè)環(huán)境中最強大、應用最廣泛的無線通信技術(shù)之一。很容易實現(xiàn)與現(xiàn)有 HART 基礎(chǔ)設(shè)施的無縫集成。
結(jié)論：
無線技術(shù)正在顯著引發(fā)自動化制造的革命，從而促進智能工業(yè)網(wǎng)絡的創(chuàng)建。各行各業(yè)可以利用這些技術(shù)來探索創(chuàng)新、性能和可持續(xù)性的新領(lǐng)域。隨著無線技術(shù)的最新發(fā)展，它們與工業(yè)自動化生態(tài)系統(tǒng)的集成將有助于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐加快，并重塑未來的制造和生產(chǎn)。
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