博大精深 細(xì)致入微
工業(yè)無線通信技術(shù)簡介
2024-07-02
工業(yè)無線發(fā)展?jié)摿薮?/span>
HSM Networks最新研究表明,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場繼續(xù)擴(kuò)張,預(yù)計2024年增長7%。值得注意的是,近年來,無線技術(shù)穩(wěn)步增長,盡管根據(jù)報告來看增長速度略有下降。按網(wǎng)絡(luò)類型劃分,無線解決方案仍占總份額的 7%。市場繼續(xù)推出更多支持工業(yè)無線的產(chǎn)品,無線解決方案在工廠環(huán)境中的接受度正在上升。典型的用例包括電纜更換應(yīng)用、無線機(jī)器訪問以及與移動工業(yè)設(shè)備的連接。
德國“工業(yè)4.0研發(fā)白皮書”及“工業(yè)4.0實施戰(zhàn)略及參考架構(gòu)”都將無線技術(shù)作為工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究和創(chuàng)新中的重要組成部分。
美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC重視無線技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用。該聯(lián)盟專門成立了網(wǎng)絡(luò)連接組來開展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。
德國工業(yè)4.0和美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之所以重視無線技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用,是因為無線網(wǎng)絡(luò)相比于現(xiàn)有的工業(yè)有線網(wǎng)絡(luò)具有明顯的優(yōu)勢。
● 可大幅降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本。無線網(wǎng)絡(luò)能夠快速部署,無線在現(xiàn)場、車間、廠房等環(huán)境鋪設(shè)線纜及相關(guān)保護(hù)裝置。安裝與維護(hù)成本降低。
● 提高生產(chǎn)線的靈活性。無線技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的移動性,依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用需求,實現(xiàn)生產(chǎn)線靈活、快速的重構(gòu)。
● 實現(xiàn)部署環(huán)境的廣泛性。由于無線技術(shù)突破線纜部署限制,具有mesh、星型等多種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),可實現(xiàn)多種工業(yè)場景下的快速部署。
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)涉及的無線技術(shù)
依據(jù)無線通信距離,可將無線通信技術(shù)分為短距離無線通信技術(shù)和廣域網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù):
● 短距離無線通信技術(shù):包括WLAN、藍(lán)牙(Bluetooth)、ZigBee以及RFID等傳統(tǒng)短距離通信技術(shù)和以WirelessHART、ISA100.11a、WIA-PA等為代表的面向工業(yè)應(yīng)用的專用短距離通信技術(shù)。
● 廣域網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù):包括2G/3G/4G/5G蜂窩技術(shù)及LPWA技術(shù),NB-IOT和eMTC為授權(quán)頻譜技術(shù),LoRa和SigFox為非授權(quán)頻譜技術(shù)。
無線技術(shù)特點
無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)中應(yīng)用,需要根據(jù)其應(yīng)用環(huán)節(jié),以及承載的業(yè)務(wù)不同,進(jìn)行不同程度的優(yōu)化設(shè)計。依據(jù)無線通信速度,也可將無線通信分為高速通信和低速通信,典型無線技術(shù)的應(yīng)用場景如表所示。
類別 | 通信距離 | 通信速率 | 典型應(yīng)用 |
Bluetooth | 10m | 20M | 短距通信,音頻流、文件同步 |
WiFi | 50m | 200M | 家庭或辦公室網(wǎng)絡(luò),在線視頻、大型游戲和文件下載等場景 |
Zigbee | 200m | 250kbps | 2.4G頻段,低速、低功耗。用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,如傳感器數(shù)據(jù)通信、家電遠(yuǎn)程控制等 |
WirelessHART | 200m | 250kbps | 2.4G頻段,低速、低功耗、高可靠。針對工業(yè)現(xiàn)場在可靠性、抗干擾、時延保障等方面都做了大量的技術(shù)優(yōu)化 |
LoRa | 1-20km | 0.3-5kbps | SubG免費(fèi)授權(quán)頻段,智慧農(nóng)業(yè)、智慧建筑、物流追蹤,需自建網(wǎng)絡(luò) |
NB-IoT | 1-20km | <250kbps | SubG授權(quán)頻段,水表、停車、寵物追蹤、煙霧報警,使用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò) |
5G | 500m | 1Gbps | 高速率、低延遲、大連接數(shù)、高可靠性,自動駕駛、無人機(jī)、VR/AR、智能工廠、智能醫(yī)療 |
無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢將以疊加為主、融合為輔
工業(yè)控制系統(tǒng)自成體系,并以穩(wěn)定可靠為第一準(zhǔn)則,因此工業(yè)企業(yè)對其改動都非常謹(jǐn)慎小心。而工業(yè)制造及工業(yè)服務(wù)等企業(yè)等對生產(chǎn)設(shè)備、環(huán)境、生產(chǎn)工具等數(shù)據(jù)的需求又很迫切,加之有線部署成本過高且難度較大,因此紛紛采用疊加方式來部署無線網(wǎng)絡(luò)。
疊加方式是指在現(xiàn)有工廠網(wǎng)絡(luò)之外建設(shè)無線網(wǎng)絡(luò),用于采集設(shè)備及產(chǎn)品信息,并進(jìn)行非實時性及部分場景實時的設(shè)備控制。也有些企業(yè)在嘗試采用融合方式來部署無線網(wǎng)絡(luò),即用無線網(wǎng)絡(luò)逐步取代部分現(xiàn)有的工業(yè)控制網(wǎng)終(如現(xiàn)場總線和以大網(wǎng)),實現(xiàn)信息采集和控制的無線化。
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