無線通信技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用及發(fā)展討論

杜巍

中國石油青海油田公司信息服務(wù)中心 甘肅酒泉 736200

就目前來看，國內(nèi)工業(yè)自動化設(shè)備需求量進(jìn)一步增多，在國家及有關(guān)部門的大力扶持下，無線通信技術(shù)被更加高效的應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域內(nèi)，穩(wěn)步推動了工業(yè)自動化發(fā)展進(jìn)程。借助無線通信技術(shù)，能夠使各類數(shù)據(jù)及信息在環(huán)境復(fù)雜的情況下實(shí)現(xiàn)有效傳輸，提升工業(yè)自動化管控水平，需加強(qiáng)此技術(shù)的研究力度。

1 概述無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)主要采用常用分集方式，降低數(shù)據(jù)傳輸錯誤率。在使用分級方式時需要采用額外資源，如頻寬、效率、硬件設(shè)施等，可將超取樣技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)分級手段，為無線通信網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行提供必要的數(shù)據(jù)資源。

從本質(zhì)上來講，無線通信技術(shù)主要就是利用無線傳播介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)終端與終端之間的互聯(lián)互通[1]。無線介質(zhì)可以為電磁波、光波。在確定傳輸介質(zhì)后，需要開展編碼工作，調(diào)制電磁波信號，通過不同電磁波幅度、頻率、相位等表示信息。

2 無線通信技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用

相較于傳統(tǒng)有線通訊技術(shù)而言，無線通信技術(shù)具有顯著的可移動性特征，在通訊區(qū)內(nèi)的終端可以進(jìn)行隨意移動及布置，組網(wǎng)靈活性更強(qiáng)、覆蓋面積大、擴(kuò)張性能高，可被廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域內(nèi)。

2.1 無線短程網(wǎng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用

無線短程網(wǎng)主要就是利用短距離、小規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè)自動化生產(chǎn)提供更加全面的通訊服務(wù)[2]。無線短程網(wǎng)包括藍(lán)牙、UWB技術(shù)、紅外技術(shù)等。在工業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)場內(nèi)傳感器可以與其他設(shè)備共同組無線傳感器控制網(wǎng)絡(luò)，滿足工廠生產(chǎn)所需的管理及決策信息要求，對提升工業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行期間的可控性具有重要意義。

在將無線短程網(wǎng)應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)傳輸速度進(jìn)一步提升，可為固定寬帶用戶提供專用信息，使信息擁堵情況得到根本上控制，通訊質(zhì)量及效率與實(shí)際要求相符。同時，無線短程網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能更強(qiáng)，可以容納數(shù)以萬計的子設(shè)備，對于工業(yè)自動化生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行全程管控。無線短程網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行期間的能耗量較低，平時處于休眠狀態(tài)，運(yùn)行時間相對較短，內(nèi)部設(shè)施使用壽命延長。

2.2 無線局域網(wǎng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用

無線局域網(wǎng)主要就是借助無線技術(shù)，在空中傳輸數(shù)據(jù)、語音以及視頻等信號，比無線短程網(wǎng)的傳輸距離更長，是當(dāng)前工業(yè)自動化領(lǐng)域無線傳輸工作的常用技術(shù)。無線局域網(wǎng)由無線介質(zhì)、無線接入點(diǎn)、分布式系統(tǒng)組成。無線局域網(wǎng)組網(wǎng)模式主要包括自組織無線局域網(wǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施無線局域網(wǎng)等。

在自組織無線局域網(wǎng)使用過程中，無線節(jié)點(diǎn)之間具有平等通訊關(guān)系。發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)直接通訊目標(biāo)，不必經(jīng)過終點(diǎn)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸效率更強(qiáng)。在基礎(chǔ)設(shè)施無線局域網(wǎng)內(nèi)，兩節(jié)點(diǎn)之間的通訊必須借助無線接入點(diǎn)中轉(zhuǎn)進(jìn)行。雖然基礎(chǔ)無線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸效率不高，但傳輸過程具有更加顯著的安全性與可靠性。

在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程。內(nèi)部設(shè)施需要借助隔離型信號轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)串口信號與網(wǎng)絡(luò)信號的相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號應(yīng)當(dāng)滿足無線通信標(biāo)準(zhǔn)，并且支持通訊協(xié)議各項要求[3]。無線局域網(wǎng)設(shè)施安裝更加便捷，可控制工業(yè)布線成本，增強(qiáng)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行期間的網(wǎng)絡(luò)通訊能力。在應(yīng)用無線局域網(wǎng)期間，還可以對設(shè)備故障進(jìn)行定位及維護(hù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中的故障問題，并向相關(guān)工作人員及時發(fā)送故障位置信息。

3 工業(yè)自動化領(lǐng)域無線通信技術(shù)發(fā)展趨勢

工業(yè)自動化發(fā)展對生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量及效率提出了更高要求。在工業(yè)內(nèi)部設(shè)施數(shù)量不斷增加的當(dāng)前背景下，傳統(tǒng)無線通信設(shè)施無法滿足設(shè)備監(jiān)管需求，應(yīng)當(dāng)對無線通信技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化，增強(qiáng)無線通信設(shè)施覆蓋面積廣、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢。

在未來工業(yè)自動化領(lǐng)域無線通信技術(shù)發(fā)展過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合低功耗廣域網(wǎng)授權(quán)頻譜，優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步控制網(wǎng)絡(luò)布置成本。具體來說，使用NB-IOT技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)保護(hù)帶部署、獨(dú)立部署與帶內(nèi)部署等功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通目標(biāo)。

當(dāng)前工業(yè)自動化無線網(wǎng)絡(luò)主要為全球無線接入網(wǎng)絡(luò)，無線側(cè)對空口進(jìn)行接入處理，高層單元對非結(jié)構(gòu)層設(shè)計進(jìn)行處理。核心網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)此信息交互功能，與終端非接入層交互。在無線通信平臺接收到核心網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)后，將其推送給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層。

為確保無線通信技術(shù)能夠發(fā)揮出更加積極有效的作用，還可將LoRa技術(shù)應(yīng)用在工業(yè)自動化發(fā)展中，通過使用全球各地免費(fèi)的頻段，使信息網(wǎng)絡(luò)可以更加便捷的建設(shè)與部署[4]。該技術(shù)內(nèi)部包括節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等。網(wǎng)關(guān)可將獲取到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行處理，并查看及驗收相關(guān)數(shù)據(jù)，為工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行提供更加有力的數(shù)據(jù)支持。

在無線通信網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展過程中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)朝向高靈敏度、低運(yùn)行功耗發(fā)展，應(yīng)用先進(jìn)的線性調(diào)頻技術(shù)，延長終端設(shè)備運(yùn)行的全生命周期。同時，采用合理手段擴(kuò)大無線通信系統(tǒng)容量，增加多信道通訊業(yè)務(wù)。要求無線通信設(shè)施具有測距與定位功能，對以終端及中央網(wǎng)關(guān)為基礎(chǔ)的信號以及空中傳輸時間進(jìn)行測距，確保工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、所在位置等信息能夠被及時傳輸?shù)目刂葡到y(tǒng)，為制定出專項可信的生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)維方案，加強(qiáng)工業(yè)自動化生產(chǎn)管控力度提供重要的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語

總而言之，社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使工業(yè)領(lǐng)域自動化建設(shè)進(jìn)程進(jìn)一步推進(jìn)，無線通信技術(shù)被更加廣泛的應(yīng)用在工業(yè)自動化內(nèi)。為切實(shí)發(fā)揮出無線通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間的積極作用，需基于工業(yè)自動化發(fā)展需求，構(gòu)建起專項完善的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。同時，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個數(shù)增多的情況下，工業(yè)自動化發(fā)展也需要做好安全管控工作，控制無線通信技術(shù)應(yīng)用成本，實(shí)現(xiàn)安全高效的工業(yè)自動化發(fā)展目標(biāo)。