淺談5G無(wú)線技術(shù)在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用

宋健

摘要：隨著工業(yè)領(lǐng)域智能化發(fā)展，無(wú)線通訊技術(shù)逐步普及應(yīng)用，大多工業(yè)應(yīng)用采用2.4G無(wú)線技術(shù)，而5G通訊就是無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的第五代無(wú)線WIFI傳輸技術(shù)，也可稱為5G無(wú)線WIFI，較比之前的通訊技術(shù)而言，5G無(wú)線WIFI在傳輸速度、數(shù)據(jù)帶寬、通訊延時(shí)、抗干擾能力等方面均有更加強(qiáng)大的功能。對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)用來(lái)說(shuō)，其在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)線通訊控制過(guò)程中會(huì)有更加明顯的優(yōu)勢(shì)和效率的提升。

關(guān)鍵詞：5G/2.4G/WIFI;AGV控制系統(tǒng);AGV無(wú)線通訊

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）12-0064-01

WIFI的誕生可以實(shí)現(xiàn)電腦、手機(jī)等終端設(shè)備以無(wú)線通訊的方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)通。也可理解為無(wú)線上網(wǎng)，目前智能家用設(shè)備大多都會(huì)支持WIFI上網(wǎng)，已成為當(dāng)今社會(huì)最常用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。該技術(shù)簡(jiǎn)單實(shí)用，家庭中可將傳統(tǒng)的有限路由器換成無(wú)線路由器，通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置即可達(dá)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)共享[1]。WIFI（Wireless Fidelity）是一種無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的品牌認(rèn)證。第一代的WIFI技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)號(hào)其實(shí)的802.11，于1997年由美國(guó)電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）制定，主要是為了讓不同品牌的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通訊兼容[2]?，F(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大多運(yùn)用第四代2.4Ghz無(wú)線WIFI，而與之相比應(yīng)用5G無(wú)線WIFI主要優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面：（1）數(shù)據(jù)傳輸更快，能夠避免網(wǎng)絡(luò)信號(hào)堵塞。5G WIFI數(shù)據(jù)理論傳輸速度最高可達(dá)到1Gbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越2.4G傳輸速度，可實(shí)現(xiàn)秒傳125MB[3]。（2）網(wǎng)線供電，節(jié)省獨(dú)立電源。在同一時(shí)間內(nèi)5G傳輸數(shù)據(jù)更多，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低功率狀態(tài)，可使用網(wǎng)線自行供電，節(jié)省獨(dú)立外接電源。（3）抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)穩(wěn)定。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用手機(jī)、筆記本電腦、各種外圍移動(dòng)通訊設(shè)備均使用2.4G頻段通訊，很容易產(chǎn)生信號(hào)干擾，而5G頻段使用較少，使用5G通訊可實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊專屬頻道，極大提升信號(hào)質(zhì)量，降低無(wú)線電干擾。本文介紹5G無(wú)線通訊在在通用汽車工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。

1通用汽車生產(chǎn)線設(shè)備AGV（自動(dòng)引導(dǎo)小車）控制系統(tǒng)組成

AGV系統(tǒng)由無(wú)線通訊電臺(tái)、天線、控制臺(tái)計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、電源、外圍設(shè)備等組成，控制臺(tái)是AGV的中央管理器，采用無(wú)線通訊技術(shù)，通過(guò)無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行上級(jí)管理計(jì)算機(jī)與AGV車載控制器及外圍設(shè)備的信號(hào)交互，實(shí)現(xiàn)AGV小車的自動(dòng)調(diào)度運(yùn)維，其主要功能如下：（1）任務(wù)分配：可根據(jù)系統(tǒng)中外部配合信號(hào)情況及AGV系統(tǒng)的當(dāng)前狀況決定是否產(chǎn)生系統(tǒng)任務(wù)，并按一定的原則指派合適的AGV去完成任務(wù)。（2）調(diào)度管理：設(shè)備通過(guò)WIFI接收來(lái)自上級(jí)計(jì)算機(jī)指派的不同任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行;各小車本身無(wú)法主動(dòng)實(shí)現(xiàn)個(gè)體之間的路線選擇或路口讓行，控制臺(tái)通過(guò)WIFI查看各個(gè)設(shè)備的位置與狀態(tài)，判斷是否可能發(fā)生碰撞的情況，并發(fā)出停車或避讓的指令，暫時(shí)停止低優(yōu)先級(jí)設(shè)備的運(yùn)行，在碰撞的可能性消失后，發(fā)出指令解除設(shè)備停車指令，允許設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。（3）設(shè)備自動(dòng)充電：當(dāng)設(shè)備系統(tǒng)中有多個(gè)充電機(jī)或多個(gè)站點(diǎn)公用充電機(jī)時(shí)，AGV系統(tǒng)控制臺(tái)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各小車的充電先后順序與時(shí)間，確保小車運(yùn)行所需的電量處于健康狀態(tài);當(dāng)發(fā)現(xiàn)有優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)產(chǎn)生后，控制臺(tái)可強(qiáng)制解除指定某臺(tái)設(shè)備的充電操作。（4）與周邊設(shè)備進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)：設(shè)備可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與上級(jí)管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，自動(dòng)上報(bào)AGV系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞接收上級(jí)管理計(jì)算機(jī)命令，使AGV的移載動(dòng)作與地面移載設(shè)備之間進(jìn)行互鎖。

2 AGV（自動(dòng)引導(dǎo)小車）無(wú)線通訊系統(tǒng)組成

（1）天線是控制臺(tái)與AGV之間無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊高頻調(diào)制信號(hào)的發(fā)送與接收裝置，系統(tǒng)中每個(gè)電臺(tái)使用兩根6dB全向天線，使用IEEE802.11a的無(wú)線通訊協(xié)議，通訊頻率為2.4GHz。（2）通訊電臺(tái)通過(guò)專用電纜與天線相連，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口與集線器相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制、驅(qū)動(dòng)與收發(fā)預(yù)處理。AGV系統(tǒng)中的電臺(tái)分兩種，AGV車載電臺(tái)是單口無(wú)線適配器（SA），控制臺(tái)使用的是無(wú)線接入點(diǎn)（AP），是系統(tǒng)通訊的主站，所有車載SA電臺(tái)必須通過(guò)AP電臺(tái)接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)中AP電臺(tái)在同一位置布置2套，同時(shí)使用并互為備用。（3）集線器用于連接計(jì)算機(jī)與電臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)，AGV系統(tǒng)控制臺(tái)計(jì)算機(jī)、無(wú)線接入點(diǎn)均使用RJ45接口接到集線器，由集線器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)，因而集線器是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)物理連接的中心點(diǎn)。整個(gè)AGV系統(tǒng)還可以通過(guò)集線器的級(jí)連功能接入生產(chǎn)車間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（4）電源為計(jì)算機(jī)、集線器及外部IO信號(hào)提供所需的電源。

3 AGV系統(tǒng)無(wú)線通訊應(yīng)用

（1）設(shè)備無(wú)線調(diào)度：AGV系統(tǒng)控制臺(tái)通過(guò)無(wú)線AP對(duì)小車充電站及移載站進(jìn)行管理，當(dāng)有一臺(tái)AGV需要充電時(shí)，控制臺(tái)通過(guò)AP傳輸信號(hào)到SA分配該AGV充電任務(wù)，并將充電節(jié)點(diǎn)設(shè)置為該AGV專用，禁止其它AGV分配進(jìn)入該節(jié)點(diǎn)的任務(wù);如果有AGV進(jìn)入不了移載節(jié)點(diǎn)，該AGV會(huì)將信號(hào)通過(guò)SA傳輸?shù)紸P使控制臺(tái)對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行任務(wù)判斷?；跓o(wú)線通訊技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于正在運(yùn)行出入庫(kù)任務(wù)的AGV，如果在沒(méi)完成上下貨任務(wù)時(shí)AGV因故退出運(yùn)行（如急停按鈕被按下），則只需在AGV本次任務(wù)運(yùn)行過(guò)的節(jié)點(diǎn)上重新進(jìn)行一次上線操作即可恢復(fù)原任務(wù)的運(yùn)行。（2）故障信息傳遞：當(dāng)AGV出現(xiàn)一般的故障時(shí)，會(huì)通過(guò)SA將故障信息傳輸?shù)紸P，此時(shí)控制臺(tái)將會(huì)報(bào)警，并顯示故障原因。（3）2.4GWIFI狀態(tài)：現(xiàn)場(chǎng)AGV設(shè)備使用的2.4GWIFI，在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)通訊中斷及因通訊引起的避碰異常等問(wèn)題，通過(guò)使用信號(hào)測(cè)試軟件INSSIDER對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)同一個(gè)通訊通道有多個(gè)其他設(shè)備共同使用，同時(shí)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)AGV設(shè)備通訊的信號(hào)電平很不穩(wěn)定，在50-70dBm之間波動(dòng)，可判斷存設(shè)備在2.4GWIFI下運(yùn)行存在無(wú)線通訊干擾。

4 5G無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用

（1）通過(guò)智能制造工作的開(kāi)展，結(jié)合5G無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用，我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)AGV控制系統(tǒng)的無(wú)線通訊進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，通過(guò)自主重新配置所有無(wú)線電臺(tái)系統(tǒng)參數(shù)，將所有AGV車載電臺(tái)和控制臺(tái)電臺(tái)由原有2.4G升級(jí)為5G無(wú)線通訊，升級(jí)后現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線通訊設(shè)備使用專一通道進(jìn)行通訊，可避免信號(hào)干擾產(chǎn)生。（2）采用5G無(wú)線技術(shù)后，通過(guò)使用監(jiān)控軟件INSSIDER查驗(yàn)后可發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊的信號(hào)電平很穩(wěn)定，在20-30dBm之間，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備問(wèn)題得到有效解決。（3）經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用證明，無(wú)線技術(shù)具備優(yōu)越的傳輸速度、抗干擾能力和穩(wěn)定性，更為突出的是，5G無(wú)線技術(shù)在工業(yè)設(shè)備的安全生產(chǎn)、提升效率等方面發(fā)揮了重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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The Application of? 5g Wireless Technology in Industrial Equipment

SONG Jian

（SAIC GM （Shenyang） Beisheng Automobile Co.， Ltd.， Shenyang? Liaoning? 110025）

Abstract：With the intelligent development of industrial field， wireless communication technology is gradually popularized and applied. Most industrial applications adopt 2.4G wireless technology. 5g communication is the fifth generation of wireless WiFi transmission technology in the development of wireless communication network， which can also be called 5g wireless WiFi. Compared with the previous communication technology， 5g wireless WiFi has the ability of transmission speed， data bandwidth， communication delay， anti-interference， etc It has more powerful functions. For the industrial field equipment application， it will have more obvious advantages and efficiency improvement in the field equipment wireless communication control process.

Key words：5g/2.4g/wifi;AGV control system;AGV wireless communication