淺析工業(yè)無線系統(tǒng)

沈　偉

摘要: 本文首先介紹了工業(yè)無線系統(tǒng)的基本概念，對無線傳輸?shù)男阅軜藴蔬M行了概述，然后對工業(yè)無線系統(tǒng)的現(xiàn)狀和趨勢進行了簡單介紹。

關鍵詞:無線系統(tǒng)；性能標準；無線現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

工業(yè)無線遙控技術(shù)主要是通過無線發(fā)射器將人的操作指令經(jīng)過數(shù)字化編碼、加密后通過無線的方式傳遞給遠方的接收系統(tǒng)，接收系統(tǒng)經(jīng)解碼轉(zhuǎn)換后將控制指令還原，實現(xiàn)對各種機械設備的控制；同時，由于工業(yè)環(huán)境的復雜性，無線系統(tǒng)要求在強磁場、強電場及無線電信號復雜的環(huán)境中具有百分之百的抗干擾能力。工業(yè)無線系統(tǒng)的發(fā)展對于某些工業(yè)現(xiàn)場操作有著深遠的意義。

1 工業(yè)無線系統(tǒng)概述及意義

工業(yè)化的發(fā)展使得工業(yè)系統(tǒng)越來越龐大，隨之對系統(tǒng)的控制性能要求也越來越高。而隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)、儀器儀表、網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)也向分散化、網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展，用來解決因系統(tǒng)龐大而帶來的可靠性、穩(wěn)定性、實時性以及易實現(xiàn)性等問題。從目前控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀發(fā)展來看，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)較好的適應了上述要求，是工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展應用的熱點。

隨著無線技術(shù)的日益發(fā)展，無線傳輸技術(shù)應用越來越被各行各業(yè)所接受。但是在工業(yè)控制領域，由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復雜、干擾大，對無線傳輸技術(shù)在工業(yè)控制領域的應用來說是一個極大的瓶頸。在一些特殊場合，雖然盡量采用現(xiàn)場總線技術(shù)減少了布線數(shù)，但由于設備本身的特性或者特殊的現(xiàn)場的情況，使得布線極為不便甚至不可能。在生產(chǎn)車間，有些天花板的設計沒有考慮線路布局的空間，在遇到昂貴的安裝、重新布局和維護時很不方便;在遇到有歷史價值的建筑物、混凝土建筑和里面有大理石的建筑物內(nèi)布線是比較困難的。再比如一臺旋轉(zhuǎn)設備需要與外界進行數(shù)據(jù)通信，如果采用傳統(tǒng)的有線方式進行數(shù)據(jù)通信，就需使用滑環(huán)，但是這種傳統(tǒng)的方法存在以下缺點:可靠性差;設計難度大，受到很多室外地形的制約；安裝不便，挖溝埋管，工期長;費用昂貴，維護費用高;移動不方便;

如果采用具有較強抗干擾性的無線傳輸設備，就可以較好的克服上述缺點，于是工業(yè)無線系統(tǒng)便應運而生。正是由于系統(tǒng)總線無線傳輸技術(shù)在工業(yè)控制領域具有的上述廣闊前景，使得它備受工業(yè)界關注。

2工業(yè)無線系統(tǒng)的運作原理和優(yōu)點

2.1 工業(yè)無線系統(tǒng)的運作原理

首先，工業(yè)無線系統(tǒng)將操作者或機器的控制指令進行數(shù)字化處理(包括對信號的濾波，A/D轉(zhuǎn)化等處理)，變?yōu)橐子谔幚淼臄?shù)字信號；其次，對數(shù)字指令信號進行編碼處理；再次，指令信號在經(jīng)發(fā)射系統(tǒng)進行數(shù)字調(diào)制后，通過發(fā)射天線以無線電波的方式傳遞給遠處的接收系統(tǒng)。最后，接收系統(tǒng)通過接收天線把帶控制指令的無線電波接收下來，經(jīng)過解調(diào)和解碼，轉(zhuǎn)換為控制指令，實現(xiàn)對各種類型各種環(huán)境的工業(yè)設備進行控制。

2.2工業(yè)無線系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)點

總的來說，工業(yè)無線系統(tǒng)包括無線電技術(shù)基本的優(yōu)點：

提高了安全性和可靠性。早在六十年代初期，人們就能利用拖纜遙控裝置來控制許多工業(yè)設備。但是由于某些特殊工業(yè)環(huán)境的制約，加上控制信號在電纜線中的衰減，使得遙控的距離有限，同時由于電纜線的存在，影響了操作的靈活性，而且數(shù)米長的電纜經(jīng)常是生產(chǎn)事故中的主要根源。由于無線電控制技術(shù)是通過無線電波來傳遞控制指令，完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來的故障隱患，而且省去中間指揮環(huán)節(jié)，從而避免了由于指揮不當引起的誤解；

提高了工作效率。這項技術(shù)從安裝到維護，以及日常操作的準確性、連貫性比以往得以顯著提高；

改善和適應了操作環(huán)境。操作人員可遠方監(jiān)測控制，避開能見度差、污染嚴重的操作位置。

3 工業(yè)無線系統(tǒng)的性能標準

無線電技術(shù)系統(tǒng)是通信系統(tǒng)，在設計或評述通信系統(tǒng)時，往往要涉及通信系統(tǒng)的主要性能指標，否則就無法衡量其質(zhì)量的優(yōu)劣。性能指標也稱為質(zhì)量指標，它們是對整個系統(tǒng)綜合提出或規(guī)定的。

一般通信系統(tǒng)的性能指標歸納起來有以下幾個方面 :有效性。指通信系統(tǒng)傳輸消息的 “速率”問 題，即快慢問題；可靠性。指通信系統(tǒng)傳輸消息 的 “質(zhì)量”問 題，即好壞問題；適應性。指通信系統(tǒng)適用的環(huán)境條件；經(jīng)濟性。指系統(tǒng)的成本問題；保密性。指系統(tǒng)對所傳信號的加密措施。這點對軍用系統(tǒng)尤為重要；標準性。指系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國家、國際標準；維修性。指系統(tǒng)是否維修方便；工藝性。指通信系統(tǒng)各種工藝要求。

通信的任務是快速、準確地傳遞信息。因此，從研究消息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，有效性和可靠性是評價通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標，也是通信技術(shù)討論的重點。通信系統(tǒng)的有效性和可靠性，是一對矛盾。一般情況下，要增加系統(tǒng)的有效性，就得降低可靠性，反之亦然。在實際中，常常依據(jù)實際系統(tǒng)的要求采取相對統(tǒng)一的辦法，即在滿足一定可靠性指標下，盡量提高消息的傳輸速率，即有效性；或者，在維持一定有效性的條件下，盡可能提高系統(tǒng)的可靠性。

對于模擬通信來說，系統(tǒng)的有效性和可靠性具體可用系統(tǒng)頻帶利用率和輸出信噪比（或均方誤差）來衡量。

對于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的可靠性和有效性具體可用誤碼率和傳輸速率來衡量。對于工業(yè)控制系統(tǒng)總線無線傳輸?shù)男阅軄碚f，數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹八俣取焙汀百|(zhì)量”至關重要，速度主要指標是信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，而質(zhì)量涉及到了系統(tǒng)的可靠性評估。

4 工業(yè)無線系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

隨著近些年來國內(nèi)自動化產(chǎn)業(yè)環(huán)境的不斷改善，無線技術(shù)的工業(yè)應用，也越來越受到國內(nèi)的關注。國內(nèi)一些科研院所和企業(yè)成立了中國工業(yè)無線聯(lián)盟，其核心使命包括：解決工業(yè)無線技術(shù)難題，為用戶提供可行的解決方案，支持并參與工業(yè)無線標準化工作，為工業(yè)無線系統(tǒng)的魯棒性與可靠性提供認證以及共同推動工業(yè)無線技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化與市場開發(fā)。這標志著，在國內(nèi)，集標準、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)和應用為一體的綜合力量已經(jīng)形成。另外，隨著國內(nèi)行業(yè)的服務體系日趨成熟，一系列研討活動也相繼舉行，這也為多方面力量共同參與工業(yè)無線技術(shù)的研究搭建了橋梁。

國內(nèi)和國外研發(fā)機構(gòu)在工業(yè)無線系統(tǒng)研究應用上有所不同。相對而言，國外大公司在工業(yè)無線領域終究發(fā)展較早，比較重視整體的工業(yè)無線產(chǎn)品體系及面向行業(yè)的標準化解決方案。而國內(nèi)的研究機構(gòu)則偏重于比較靈活的以及有針對性的應用，其推廣方式也是以點代面，逐步擴大范圍，很多應用是從一個車間、一條生產(chǎn)線出發(fā)推廣到全廠的。國內(nèi)的一些企業(yè)與機構(gòu)，已經(jīng)有能力在這一領域，和國外的大公司和標準化組織競爭。

工業(yè)無線系統(tǒng)的研究，有著深遠的意義和美好前景。

參考文獻

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