無線通信技術在工業(yè)自動化領域中的應用及發(fā)展討論

杜巍

中國石油青海油田公司信息服務中心 甘肅酒泉 736200

就目前來看，國內(nèi)工業(yè)自動化設備需求量進一步增多，在國家及有關部門的大力扶持下，無線通信技術被更加高效的應用在工業(yè)自動化領域內(nèi)，穩(wěn)步推動了工業(yè)自動化發(fā)展進程。借助無線通信技術，能夠使各類數(shù)據(jù)及信息在環(huán)境復雜的情況下實現(xiàn)有效傳輸，提升工業(yè)自動化管控水平，需加強此技術的研究力度。

1 概述無線通信技術

無線通信技術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、硬件設施等，可將超取樣技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)分級手段，為無線通信網(wǎng)絡正常運行提供必要的數(shù)據(jù)資源。

從本質(zhì)上來講，無線通信技術主要就是利用無線傳播介質(zhì)，實現(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 無線通信技術在工業(yè)自動化領域中的應用

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

2.1 無線短程網(wǎng)在工業(yè)自動化領域中的應用

無線短程網(wǎng)主要就是利用短距離、小規(guī)模無線網(wǎng)絡，為工業(yè)自動化生產(chǎn)提供更加全面的通訊服務[2]。無線短程網(wǎng)包括藍牙、UWB技術、紅外技術等。在工業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)場內(nèi)傳感器可以與其他設備共同組無線傳感器控制網(wǎng)絡，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)運行期間的可控性具有重要意義。

在將無線短程網(wǎng)應用在工業(yè)自動化領域中，數(shù)據(jù)傳輸速度進一步提升，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)量及效率與實際要求相符。同時，無線短程網(wǎng)的網(wǎng)絡功能更強，可以容納數(shù)以萬計的子設備，對于工業(yè)自動化生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行全程管控。無線短程網(wǎng)在實際運行期間的能耗量較低，平時處于休眠狀態(tài)，運行時間相對較短，內(nèi)部設施使用壽命延長。

2.2 無線局域網(wǎng)在工業(yè)自動化領域中的應用

無線局域網(wǎng)主要就是借助無線技術，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，是當前工業(yè)自動化領域無線傳輸工作的常用技術。無線局域網(wǎng)由無線介質(zhì)、無線接入點、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)、基礎設施無線局域網(wǎng)等。

在自組織無線局域網(wǎng)使用過程中，無線節(jié)點之間具有平等通訊關系。發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點可以實現(xiàn)直接通訊目標，不必經(jīng)過終點節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，傳輸效率更強。在基礎設施無線局域網(wǎng)內(nèi)，兩節(jié)點之間的通訊必須借助無線接入點中轉(zhuǎn)進行。雖然基礎無線局域網(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)部設施需要借助隔離型信號轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)串口信號與網(wǎng)絡信號的相互轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的信號應當滿足無線通信標準，并且支持通訊協(xié)議各項要求[3]。無線局域網(wǎng)設施安裝更加便捷，可控制工業(yè)布線成本，增強設備在實際運行期間的網(wǎng)絡通訊能力。在應用無線局域網(wǎng)期間，還可以對設備故障進行定位及維護，發(fā)現(xiàn)設備在實際運行過程中的故障問題，并向相關工作人員及時發(fā)送故障位置信息。

3 工業(yè)自動化領域無線通信技術發(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)部設施數(shù)量不斷增加的當前背景下，傳統(tǒng)無線通信設施無法滿足設備監(jiān)管需求，應當對無線通信技術進行不斷優(yōu)化，增強無線通信設施覆蓋面積廣、運行成本低等優(yōu)勢。

在未來工業(yè)自動化領域無線通信技術發(fā)展過程中，應當結(jié)合低功耗廣域網(wǎng)授權頻譜，優(yōu)化無線通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，進一步控制網(wǎng)絡布置成本。具體來說，使用NB-IOT技術，應用該技術保護帶部署、獨立部署與帶內(nèi)部署等功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡的互聯(lián)互通目標。

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

為確保無線通信技術能夠發(fā)揮出更加積極有效的作用，還可將LoRa技術應用在工業(yè)自動化發(fā)展中，通過使用全球各地免費的頻段，使信息網(wǎng)絡可以更加便捷的建設與部署[4]。該技術內(nèi)部包括節(jié)點、網(wǎng)關、網(wǎng)絡服務器等。網(wǎng)關可將獲取到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡服務器進行處理，并查看及驗收相關數(shù)據(jù)，為工業(yè)設備的運行提供更加有力的數(shù)據(jù)支持。

在無線通信網(wǎng)絡未來發(fā)展過程中，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)應當朝向高靈敏度、低運行功耗發(fā)展，應用先進的線性調(diào)頻技術，延長終端設備運行的全生命周期。同時，采用合理手段擴大無線通信系統(tǒng)容量，增加多信道通訊業(yè)務。要求無線通信設施具有測距與定位功能，對以終端及中央網(wǎng)關為基礎的信號以及空中傳輸時間進行測距，確保工業(yè)設備運行狀態(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)設備運維方案，加強工業(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)濟的快速發(fā)展使工業(yè)領域自動化建設進程進一步推進，無線通信技術被更加廣泛的應用在工業(yè)自動化內(nèi)。為切實發(fā)揮出無線通信技術在實際應用期間的積極作用，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)絡構(gòu)架。同時，在網(wǎng)絡節(jié)點個數(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，控制無線通信技術應用成本，實現(xiàn)安全高效的工業(yè)自動化發(fā)展目標。