浅析工业无线系统

沈　伟

摘要: 本文首先介绍了工业无线系统的基本概念，对无线传输的性能标准进行了概述，然后对工业无线系统的现状和趋势进行了简单介绍。

关键词:无线系统；性能标准；无线现状；发展趋势

工业无线遥控技术主要是通过无线发射器将人的操作指令经过数字化编码、加密后通过无线的方式传递给远方的接收系统，接收系统经解码转换后将控制指令还原，实现对各种机械设备的控制；同时，由于工业环境的复杂性，无线系统要求在强磁场、强电场及无线电信号复杂的环境中具有百分之百的抗干扰能力。工业无线系统的发展对于某些工业现场操作有着深远的意义。

1 工业无线系统概述及意义

工业化的发展使得工业系统越来越庞大，随之对系统的控制性能要求也越来越高。而随着计算机技术、电子技术、仪器仪表、网络技术的发展，工业控制系统也向分散化、网络化、智能化的方向发展，用来解决因系统庞大而带来的可靠性、稳定性、实时性以及易实现性等问题。从目前控制系统的现状发展来看，工业以太网技术、现场总线技术较好的适应了上述要求，是工业控制技术发展应用的热点。

随着无线技术的日益发展，无线传输技术应用越来越被各行各业所接受。但是在工业控制领域，由于工业现场环境复杂、干扰大，对无线传输技术在工业控制领域的应用来说是一个极大的瓶颈。在一些特殊场合，虽然尽量采用现场总线技术减少了布线数，但由于设备本身的特性或者特殊的现场的情况，使得布线极为不便甚至不可能。在生产车间，有些天花板的设计没有考虑线路布局的空间，在遇到昂贵的安装、重新布局和维护时很不方便;在遇到有历史价值的建筑物、混凝土建筑和里面有大理石的建筑物内布线是比较困难的。再比如一台旋转设备需要与外界进行数据通信，如果采用传统的有线方式进行数据通信，就需使用滑环，但是这种传统的方法存在以下缺点:可靠性差;设计难度大，受到很多室外地形的制约；安装不便，挖沟埋管，工期长;费用昂贵，维护费用高;移动不方便;

如果采用具有较强抗干扰性的无线传输设备，就可以较好的克服上述缺点，于是工业无线系统便应运而生。正是由于系统总线无线传输技术在工业控制领域具有的上述广阔前景，使得它备受工业界关注。

2工业无线系统的运作原理和优点

2.1 工业无线系统的运作原理

首先，工业无线系统将操作者或机器的控制指令进行数字化处理(包括对信号的滤波，A/D转化等处理)，变为易于处理的数字信号；其次，对数字指令信号进行编码处理；再次，指令信号在经发射系统进行数字调制后，通过发射天线以无线电波的方式传递给远处的接收系统。最后，接收系统通过接收天线把带控制指令的无线电波接收下来，经过解调和解码，转换为控制指令，实现对各种类型各种环境的工业设备进行控制。

2.2工业无线系统的技术优点

总的来说，工业无线系统包括无线电技术基本的优点：

提高了安全性和可靠性。早在六十年代初期，人们就能利用拖缆遥控装置来控制许多工业设备。但是由于某些特殊工业环境的制约，加上控制信号在电缆线中的衰减，使得遥控的距离有限，同时由于电缆线的存在，影响了操作的灵活性，而且数米长的电缆经常是生产事故中的主要根源。由于无线电控制技术是通过无线电波来传递控制指令，完全消除了拖缆式遥控装置所带来的故障隐患，而且省去中间指挥环节，从而避免了由于指挥不当引起的误解；

提高了工作效率。这项技术从安装到维护，以及日常操作的准确性、连贯性比以往得以显著提高；

改善和适应了操作环境。操作人员可远方监测控制，避开能见度差、污染严重的操作位置。

3 工业无线系统的性能标准

无线电技术系统是通信系统，在设计或评述通信系统时，往往要涉及通信系统的主要性能指标，否则就无法衡量其质量的优劣。性能指标也称为质量指标，它们是对整个系统综合提出或规定的。

一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面 :有效性。指通信系统传输消息的 “速率”问 题，即快慢问题；可靠性。指通信系统传输消息 的 “质量”问 题，即好坏问题；适应性。指通信系统适用的环境条件；经济性。指系统的成本问题；保密性。指系统对所传信号的加密措施。这点对军用系统尤为重要；标准性。指系统的接口、各种结构及协议是否合乎国家、国际标准；维修性。指系统是否维修方便；工艺性。指通信系统各种工艺要求。

通信的任务是快速、准确地传递信息。因此，从研究消息传输的角度来说，有效性和可靠性是评价通信系统优劣的主要性能指标，也是通信技术讨论的重点。通信系统的有效性和可靠性，是一对矛盾。一般情况下，要增加系统的有效性，就得降低可靠性，反之亦然。在实际中，常常依据实际系统的要求采取相对统一的办法，即在满足一定可靠性指标下，尽量提高消息的传输速率，即有效性；或者，在维持一定有效性的条件下，尽可能提高系统的可靠性。

对于模拟通信来说，系统的有效性和可靠性具体可用系统频带利用率和输出信噪比（或均方误差）来衡量。

对于数字通信系统而言，系统的可靠性和有效性具体可用误码率和传输速率来衡量。对于工业控制系统总线无线传输的性能来说，数据传输的“速度”和“质量”至关重要，速度主要指标是信道的数据传输速率，而质量涉及到了系统的可靠性评估。

4 工业无线系统的现状和发展趋势

随着近些年来国内自动化产业环境的不断改善，无线技术的工业应用，也越来越受到国内的关注。国内一些科研院所和企业成立了中国工业无线联盟，其核心使命包括：解决工业无线技术难题，为用户提供可行的解决方案，支持并参与工业无线标准化工作，为工业无线系统的鲁棒性与可靠性提供认证以及共同推动工业无线技术的产业化与市场开发。这标志着，在国内，集标准、技术开发、产品开发和应用为一体的综合力量已经形成。另外，随着国内行业的服务体系日趋成熟，一系列研讨活动也相继举行，这也为多方面力量共同参与工业无线技术的研究搭建了桥梁。

国内和国外研发机构在工业无线系统研究应用上有所不同。相对而言，国外大公司在工业无线领域终究发展较早，比较重视整体的工业无线产品体系及面向行业的标准化解决方案。而国内的研究机构则偏重于比较灵活的以及有针对性的应用，其推广方式也是以点代面，逐步扩大范围，很多应用是从一个车间、一条生产线出发推广到全厂的。国内的一些企业与机构，已经有能力在这一领域，和国外的大公司和标准化组织竞争。

工业无线系统的研究，有着深远的意义和美好前景。

参考文献

[1]、樊昌信，詹道庸，徐炳祥等，通信原理(第4版) [M]，北京:国防工业出版社，1995.

[2]、郑贵源:《无线遥控装置在工业控制中的应用》，机械与电子，1997年第2版.

[3]、刘金琪等，张力无线测控系统中的数据传送与处理[J]，黑龙江通信技术，2002.