无线连接的趋势和注意事项

过去几十年无线网络速度的进步和延迟的减少从根本上改变了全球通信。无线蜂窝技术已经从2000年代的20mbit /sec速度的3G发展到今天高达20gbit /sec速度的5G，每十年就会有一代人的进步。过去的三个Wi-Fi规格大约隔了五年才发布，其中Wi-Fi 4的下载速度为600mbit /s, Wi-Fi 6的下载速度高达9.6 Gbit/s。

虽然这两种技术的世代发展都是以恒定的线性速度进行的，但速度却以指数速度增长。这种通信时间的大幅减少使得机器(如包装设施中的码垛机和油气田中的隔离仪器)能够实现远程连接，从而实现维护支持的远程监控，以及汽车行业用于高级诊断分析的全厂网络。

无线通信最初启用了业务的语音，然后在运输业务和自动化数据的能力，包括视频，最终准备成为自动化控制中的可行解决方案，尤其是5克的私人和混合网络选项可用性。无线网络持续进展中的下一个前沿在离散和过程环境中广泛控制，这将从新的5G和Wi-Fi技术中获得重要的JumpStart。

无线的自动化考虑

自动化环境中的无线通信带来了许多额外的机遇和挑战。这些优点包括无需安装物理电缆而节省安装成本，提高设备和仪器的连通性，以及减少在高度移动环境中布线的挑战。

然而，必须解决安全，安全性和物理位置等挑战，以便无线在自动化控制应用中真正可行。安全性是一个关注的关注，因为新的开发机会可以从工厂墙壁外开出来，或者用无线工厂的栅栏。可以通过辐射电缆和天线的智能放置来缓解杂散信号。但是，对传输节点进行认证以加密流量非常重要，并确保在没有密码或密钥的情况下无法更改配置。作为防御深度解决方案的一部分，可以通过用于以太网/ IP的常见工业协议（CIP）安全网络扩展等解决方案进一步保护设备和边缘控制级别自动化流量。

安全是无线的另一个关键方面，特别是对于移动车辆，带运动的机械以及工人可以接触潜在危险的运动的位置。电子设备安全设计由IEC 61508和IEC 62061引导，该IEC 62061指定了如何应用失效模式分析，连续诊断和其他强大的电子系统安全设计实践。此外，IEC 13849涵盖了机电系统的设计安全方法。

为了满足这些标准，许多工业安全系统利用黑通道方法。这一概念要求安全装置具有足够的计算、智能和诊断能力，使整个通信网络对安全装置检测通信错误的能力没有影响。这意味着物理传输介质只是黑色通道的另一部分。

适用层安全解决方案，例如以太网/ IP的CIP安全网络扩展，可以在机器和过程自动化安全应用中提供诸如安全I / O块，安全互锁开关，安全光幕和安全控制器之间的节点之间的故障安全通信根据IEC 61508的安全完整性水平（SIL）3。

对于无线控制应用，距离、障碍和干扰也必须考虑。重要的是要确保距离最小化，保持视线，以及尽量减少来自高压和其他高频信号源的干扰。干扰会导致无线网络比有线网络有更高的包错误率和更频繁地重新配置自己，这可能会造成延迟和丢失包以及连接超时。这些转换可能会破坏自动化应用程序，这取决于所需的速度。无线中继器是一种帮助增加信号强度和克服潜在干扰的选择。

无线应用实例

无线控制价值的一个明确的例子是用于自动化的导向车辆（AGVS），其在工厂或仓库周围运输材料。在工地上创建地板上的物理轨道，在流程变更需要新布局时，在船上创建地板上的物理轨道是昂贵的。汽车内的焊接电池也采用了无线控制，以便在具有高运动程度的狭小空间中消除一些挑战或运行电缆。

过程自动化长期利用无线控制，以便在远程定位和散布仪器之间的连接，这些仪器是风电场或石油和天然气场的一部分。额外的可能性包括使用较少的电缆用于食品和饮料应用中的卫生设计，模块化和柔性的工厂设计为工业4.0准备，并将数据收集传感器添加到Ioiot分析的传统设备中。

在无线以太网/ IP

以太网/IP工业通信网络在ISO/OSI模型的应用层使用CIP协议在设备和仪器之间进行数据通信。然后，CIP信息被封装在传输层中，该层使用TCP处理较大的数据包(如诊断)，使用UDP处理较小的、时间敏感的数据包(如EtherNet/IP的I/O)。在网络层，添加逻辑地址IP信息，使数据包为网络访问做好准备。

在数据链路层和物理层中，包被转换为传输介质。这种通过CIP进行数据通信的方法，独立于传输、网络、数据链路或物理层，使使用不同的传输媒体成为可能。EtherNet/IP可跨铜、光纤和无线使用，为用户提供跨众多工业应用的高灵活性。

前进的道路

工业领域已经体验了无线诊断信息的优势一段时间了，现在将进行一个重大转变，使用无线进行控制。5G和Wi-Fi 6等技术将有助于提高工业应用所需的速度和减少延迟。EtherNet/IP将是实现这一变化的关键工业通信协议之一，因为CIP通信支持它的媒体独立性。

这篇文章最初发表于控制工程的欧洲网站。由Chris Vavra，Web Content Manager编辑，控制工程、CFE媒体，cvavra@cfemedia.com。