虹科技術(shù) | IO-Link?Wireless如何賦能工廠車間邁向無(wú)線自動(dòng)化？

大規(guī)模定制、卓越運(yùn)營(yíng)和商業(yè)智能正在從根本上改變制造業(yè)，為了在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，制造商需要更加靈活、通用、可擴(kuò)展和具有成本效益的機(jī)器和生產(chǎn)線。隨著制造商向工業(yè) 4.0 邁進(jìn)，更好的適應(yīng)性、更高的吞吐量和更短的停機(jī)時(shí)間是他們的共同要求。本文帶您了解IO-Link?Wireless技術(shù)如何打造高性能的工業(yè)級(jí)無(wú)線通信，實(shí)現(xiàn)工廠車間的無(wú)線自動(dòng)化。

長(zhǎng)期以來(lái)，有線通信一直是工廠車間唯一可行的通信方式，其固有的可靠性和低延遲使制造商能夠?qū)⑵溆糜跈C(jī)器控制和監(jiān)控。然而，電纜限制了機(jī)器的靈活性和敏捷性，工作過(guò)程中可能會(huì)因磨損而導(dǎo)致意外停機(jī)，而且維護(hù)成本高昂。在許多應(yīng)用中，當(dāng)涉及到快速移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)，有線通信幾乎是不可行的。Wi-Fi、Zigbee和藍(lán)牙等傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)在可靠性、延遲和可擴(kuò)展性方面無(wú)法滿足嚴(yán)格的工業(yè)要求，因此并不實(shí)用。
工業(yè)4.0需要一種替代解決方案，提供智能、簡(jiǎn)單、低成本的工業(yè)級(jí)無(wú)線通信，從設(shè)備級(jí)（傳感器、執(zhí)行器）到工業(yè)以太網(wǎng)（可編程邏輯控制器、工業(yè)PC），甚至遠(yuǎn)程通信、云和企業(yè)應(yīng)用。在此背景下，IO-Link?Wireless應(yīng)運(yùn)而生，作為一種確定性協(xié)議設(shè)計(jì)的，它保證每個(gè)數(shù)據(jù)包都能在確定的延遲時(shí)間（5ms）內(nèi)到達(dá)。

無(wú)線工廠自動(dòng)化通信的全球標(biāo)準(zhǔn)

IO-Link Wireless是一種全球性的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)，旨在取代工廠自動(dòng)化遠(yuǎn)程傳感器和執(zhí)行器控制與監(jiān)控中的電纜。它以IO-Link IEC 61131-9標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，是成熟的IO-Link技術(shù)的系統(tǒng)擴(kuò)展。與最初的IO-Link協(xié)議類似，IO-Link無(wú)線技術(shù)以無(wú)線形式提供高可靠性、低延遲、可擴(kuò)展性、確定性通信以及魯棒性。它非常適合滿足工業(yè)4.0的要求，全球一些最大的自動(dòng)化設(shè)備制造商和機(jī)器制造商都在采用這種技術(shù)。
IO-Link Wireless實(shí)現(xiàn)了工廠車間級(jí)的連接，具有無(wú)縫、與供應(yīng)商無(wú)關(guān)、無(wú)線纜通信的特點(diǎn)。它擴(kuò)展了IO-Link的優(yōu)勢(shì)，提供以下功能：

• 用于控制和監(jiān)測(cè)的雙向無(wú)線通信協(xié)議
• 支持有線系統(tǒng)無(wú)法完成的工作場(chǎng)景（運(yùn)輸軌道移動(dòng)裝置/旋轉(zhuǎn)臺(tái)/旋轉(zhuǎn)傳送帶的無(wú)線控制和傳感、無(wú)線智能設(shè)備、遠(yuǎn)距離機(jī)器人的無(wú)線末端設(shè)備等）。
• 為改造和新建項(xiàng)目提供簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的部署方案
• 增強(qiáng)靈活性和模塊化程度

高性能工業(yè)級(jí)無(wú)線通信

要在惡劣的工廠環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高性能的無(wú)線通信，在設(shè)計(jì)上需要考慮的因素非常廣泛。

可靠性：IO-Link Wireless技術(shù)的可靠性能達(dá)到1e-9的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率(PER)。相比之下，它比Wi-Fi、藍(lán)牙和Zigbee等無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)（PER值為1e-3）的可靠性高出6個(gè)數(shù)量級(jí)。這是通過(guò)IO-Link Wireless技術(shù)中用于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的重復(fù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。為確保低延遲，該機(jī)制由無(wú)線電物理層控制自動(dòng)實(shí)施。IO-Link Wireless還采用了高斯頻移鍵控 (GFSK) 調(diào)制，這是一種非常穩(wěn)健的調(diào)制方式，可用于處理干擾和噪聲。

確定性：IO-Link Wireless被設(shè)計(jì)為一種確定性時(shí)延協(xié)議，可保證每個(gè)數(shù)據(jù)包在一定的延遲時(shí)間內(nèi)傳送。IO-Link Wireless傳輸周期的結(jié)構(gòu)是嚴(yán)格定義的，每個(gè)IO-Link Wireless主站的無(wú)線設(shè)備最大數(shù)量有限制。過(guò)程數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)周期性傳輸，設(shè)備配置參數(shù)、故障參數(shù)等信息可在確定性時(shí)延內(nèi)進(jìn)行非周期性傳輸。IO-Link Wireless的確定性屬性確保了網(wǎng)絡(luò)的可預(yù)測(cè)性，并實(shí)現(xiàn)了Wi-Fi或藍(lán)牙等非確定性協(xié)議無(wú)法應(yīng)用的算法。

低延遲：IO-Link Wireless系統(tǒng)的確定性延遲時(shí)間為5毫秒，每個(gè)無(wú)線主站可連接40個(gè)節(jié)點(diǎn)（傳感器、執(zhí)行器或 l/O 集線器）。每個(gè)5毫秒的IO-Link Wireless周期由3個(gè)子周期組成，每個(gè)子周期的持續(xù)時(shí)間為1.6毫秒。子周期包括下行鏈路部分和上行鏈路部分，下行鏈路部分由無(wú)線主站廣播給每個(gè)軌道上的所有無(wú)線設(shè)備，上行鏈路部分是設(shè)備根據(jù)預(yù)定時(shí)隙發(fā)送給主站的單播多路復(fù)用信息。

共存：IO-Link Wireless系統(tǒng)通過(guò)黑名單和自適應(yīng)跳頻等機(jī)制與其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和干擾器共存。黑名單是一種旨在避免與Wi-Fi等其他無(wú)線系統(tǒng)發(fā)生潛在碰撞的機(jī)制。跳頻用于確保IO-Link Wireless系統(tǒng)組件具有足夠的性能，并減少干擾的影響。作為一種抗干擾措施，跳頻在每次傳輸中交替使用頻率信道，使PER值達(dá)到1e-9，與有線連接相當(dāng)。

一個(gè)IO-Link Wireless主站可支持多達(dá)40臺(tái) IO-Link Wireless設(shè)備。每個(gè)主站分為五個(gè)通道，無(wú)線主站的每個(gè)通道最多可支持8臺(tái) IO-Link Wireless設(shè)備。所有無(wú)線主站通道同時(shí)以不同頻率進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)最佳的網(wǎng)絡(luò)利用率。此外，多個(gè)IO-Link Wireless主站可以共存于同一空間。

互操作性：在為現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)備或其他不具備無(wú)線功能的設(shè)備添加無(wú)線功能時(shí)，互操作性至關(guān)重要。IO-Link Wireless 使用IO-Link集成方法和工具，為系統(tǒng)集成商和工廠人員提供了明顯優(yōu)勢(shì)。除了支持現(xiàn)成的IO-Link設(shè)備外，該技術(shù)還可以支持各種其他數(shù)字和模擬設(shè)備。

IO-Link?Wireless通信解決方案

虹科CoreTigo為機(jī)器制造商、系統(tǒng)集成商和工業(yè)設(shè)備制造商提供高性能的IO-Link Wireless通信解決方案，為工業(yè)領(lǐng)域解除了束縛。這些解決方案提高了靈活性、適應(yīng)性和模塊化程度，從而實(shí)現(xiàn)了成本效益、提高了生產(chǎn)率并減少了停機(jī)時(shí)間。IO-Link Wireless全球標(biāo)準(zhǔn)受到工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的青睞，適用于惡劣的工廠環(huán)境和運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用，為全球數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的傳感器、執(zhí)行器和工業(yè)設(shè)備提供電纜級(jí)連接。虹科IO-Link?Wireless通信解決

方案具有以下優(yōu)勢(shì)：

• 低延遲：1.6 毫秒(5毫秒周期，3次重置)
• 擴(kuò)展性：每個(gè)主站可以擴(kuò)展超過(guò)40臺(tái)無(wú)線設(shè)備
• 可靠性：1e-9的丟包率、比任何無(wú)線技術(shù)都要可靠6個(gè)數(shù)量級(jí)、確定性高
• 經(jīng)濟(jì)性：降低布線部署和維護(hù)成本
• 兼容性：與IO-Link兼容
• 易于配置：安裝和配置簡(jiǎn)單

結(jié)語(yǔ)

工業(yè)4.0革命勢(shì)在必行——制造商只能去滿足不斷變化的市場(chǎng)需求以及日益復(fù)雜的全球供應(yīng)鏈和勞動(dòng)力市場(chǎng)。全自動(dòng)化是向工業(yè)4.0過(guò)渡的關(guān)鍵組成部分，但它也帶來(lái)了新的通信場(chǎng)景，需要適合工業(yè)領(lǐng)域的無(wú)線連接?，F(xiàn)有的無(wú)線通信無(wú)法同時(shí)控制和監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備，在延遲、可靠性和可擴(kuò)展性方面也不符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

IO-Link Wireless是一種基于工廠自動(dòng)化領(lǐng)域無(wú)處不在的有線通信 IO-Link 標(biāo)準(zhǔn)的全球標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足當(dāng)今新通信應(yīng)用的要求。它為新機(jī)器和現(xiàn)有設(shè)備的改造提供了成熟的解決方案，并符合監(jiān)控和控制的延遲和可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

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