在工业领域应用的无线通讯技术有很多，如：WLAN、蓝牙、WiMax等。由于技术原理的不同，它们的通讯距离和通讯速率都有所差异，所以可以覆盖的应用场景也是不同的。在这些技术中，实际应用最广泛的是工业WLAN（Wi-Fi4）技术，主要的应用场景是实现工厂车间内基于以太网的控制设备之间的数据交互。近两年，基于工业WLAN（Wi-Fi 6）技术和工业5G技术的解决方案也正在逐步被应用到工业领域。尤其是工业5G技术目前在国内被大家广泛看好，被认为是可以颠覆现有工业生产模式的先进技术。本文将重点介绍工业WLAN（Wi-Fi4）、工业WLAN（Wi-Fi6）和工业5G技术的基本特点和工业应用场景。
图：无线通讯技术
工业WLAN（Wi-Fi4）技术特点：
工业WLAN（Wi-Fi4）是目前在工业领域应用最广泛，也是最成功的的无线通讯技术，已经在汽车制造、物流、冶金、食品饮料等很多行业的应用场景中被广泛使用。它常被用于替代传统的滑环通讯、滑触线通讯、柔性电缆通讯、光通讯等技术，以部署灵活、维护成本低、技术成熟稳定等特点迅速赢得了工业客户的认可。
西门子以WLAN（Wi-Fi4）技术为基础，结合工业场景的应用要求，为其工业无线产品开发出了iPCF(工业点协调机制)功能。通过这一功能的启用，可以实现更稳定的实时通讯、更快的漫游速度、提升大量终端设备并发通讯的性能。这些技术性能的提升保证了通过无线链路建立的PROFINET & PROFISAFE通讯更加稳定和可靠，满足工业现场应用要求。
图：WLAN技术发展历程
工业WLAN（Wi-Fi6）技术特点：
WLAN（Wi-Fi6）技术是新一代的WLAN无线通讯技术，它在WLAN（Wi-Fi4）技术的基础上做了进一步的提升和优化：
通过OFDMA（正交频多分址）技术将一个信道划分为九个子信道，无线接入点可以在一个时间片内同时和多个·不同的客户端交换数据，从而提升了并发通讯的效率，降低了通讯延时；通过多用户多入多出(MU-MIMO) 和1024-QAM技术，无线接入点可以基于不同的天线在同一时间和多个客户端并行传输数据，并且每个符号位可以携带更多的有效数据，从而大大提升了通讯带宽。通过空间复用（BSS染色机制）技术，当自己网络和临近网络使用同一个信道传输时，接入点能够自动调整设备侦听阈值，减少同频干扰；通过TWT（目标唤醒时间）技术则可以节省能耗和优化带宽利用率；此外，使用西门子面向工业场景开发的无线产品，还可以增强快速漫游功能，通过确定性周期通讯降低通讯最大延时，满足工业现场长期稳定运行的要求。
图：Wi-Fi6技术特性
工业5G通讯技术特点：
工业5G技术是目前被大家广泛关注的新一代移动通讯技术，由于它具有通讯带宽大（eMBB），连接设备数量多（mMTC）和通讯稳定性&可靠性高(URLLC)等技术潜力。尤其是在通讯时延和稳定性上预计会超过现有的无线通讯技术。因此，被认为是可以给工厂带来创新和改变的技术。
西门子提供的工业5G解决方案，侧重于满足现场控制层和现场层设备之间实时通讯的需求，实现基于工业5G专网的 PROFINET & PROFISAFE 解决方案。在工业控制场景中，用户普遍会从工业实时通讯的稳定性、工业安全通讯的可靠性、生产设备的信息安全性、现场设备的抗干扰能力、生产设备维护和诊断的便捷性、系统持续运行的持久性等维度对基于5G的通讯方案提出要求和期望。因此，我们需要充分考虑工业用户的真实需求，给出符合现场实际生产需要的工业5G通讯解决方案。
在部分行业和应用中，由于对于通讯的可靠性要求极为苛刻，我们甚至需要提供5G & Wi-Fi或5G & 有线链路的冗余通讯解决方案，以确保即使系统出现异常故障的状态下，生产控制数据的交互也是畅通的和及时的。
图：工业5G专网解决方案
工业无线的典型应用场景：
Ø 工艺AGV - 汽车制造
工艺型AGV是高柔性化的汽车制造行业总装车间的重要生产系统，常用于实现汽车底盘和重要零部件的生产输送和组装过程。它的系统运行效果直接影响了汽车制造产线的生产节拍，对通讯实时性、稳定性和安全性要求极高。如果通讯延时过长，可能导致产线急停、生产设备意外碰撞甚至威胁生产人员安全的情况发生，给用户带来极大的损失。因此，确保通讯的稳定性是工艺 AGV 系统的关键技术要求，是以控制器为核心的自动化系统稳定工作的前提条件。
针对工艺型 AGV 的应用需求，西门子可以提供 SIMOVE 整体解决方案：主控端采用了 S7-1518F/1517F CPU 作为调度控制器，它不仅可以与外围控制系统（线边设备、机械手、安全光幕/光栅/门等）建立实时安全通讯，还可以对全厂 AGV 进行集中调度与管理，实现 AGV 小车的全面监控、诊断及维护功能。调度控制器与 AGV 车载控制器通过智能从站的方式建立 PROFINET & PROFISAFE 通讯，满足工业控制场景应用要求的无线解决方案的使用保证了控制器之间的实时通讯可以满足工艺生产要求。
图：工艺AGV 图：EMS系统
Ø 单臂悬挂输送系统（EMS）- 汽车制造
EMS 吊具（也称小车）在汽车制造产线运输和工艺装配过程中协同工艺 AGV & Skillet 滑板线工艺模块，成为汽车柔性装配和制造产线的重要组成部分。它主要在汽车总装车间内广泛部署，小车通常沿着固定轨道运行，对无线通讯抗干扰能力要求高。
针对 EMS 的应用场景，西门子也根据汽车行业工艺需求开发了实现制造环节输送及装配应用的 EMS 解决方案。在这个方案中，Siemens Data Concentrator（简称 SDC ）和 EMS 小车之间的通讯是基于PROFINET 协议的实时通讯，为了保证通讯的稳定性和降低维护成本，通常选用漏波电缆无线解决方案实现实时控制数据的传输。在该通讯方案中，漏波电缆是按照小车运行轨道铺设的。当小车运行时，无线客户端侧的天线与漏波电缆之间的安装距离始终保持在10cm左右，中间不会出现任何遮挡或者干扰。因此，无线通讯的效果非常稳定，可以满足基于 PROFINET & PROFISAFE 通讯协议的生产控制数据的无线传输要求。
Ø 堆垛机（穿梭车）、RGV（物流AGV）- 工厂内物流
在大型工厂中，智能化的物流和仓储系统是不可或缺的。需要搭建大型的自动化立体仓库，用于存放零部件、产品中间件或者生产完成的成品。通过配套的堆垛机（穿梭车）实现立体仓库中的货物的存取；使用RGV（物流AGV）可以完成立库和生产线或成品出货区之间的物料输送和搬运任务。
自动化堆垛机（穿梭车）和RGV（物流AGV）等工厂内物流设备需要在车间内灵活运行，完成物料和产品输送的工作。因此，需要通过无线通讯的方式接收上位系统的调度指令。无线通讯的稳定性是物流系统可靠运行的保证。根据客户的应用需求，西门子可以提供常规天线或漏波电缆无线通讯方案。
图：立库堆垛机 图：快递分拣系统
Ø 交叉带分拣机 - 快递物流
交叉带分拣机是用于快递包裹高效分拣的自动化设备，通过对高速旋转的分拣小车上的皮带的实时控制，实现了大量快递包裹的快速批量的分拣。相比于传统的人工分拣的方式，交叉带分拣机的包裹分拣的准确性和工作效率都大大提升。因此，它被广泛部署在各大快递业务服务商的分拣中心中。
西门子给分拣系统提供的是基于漏波电缆的无线解决方案，在地面部署主控制器和无线接入点，运动设备侧安装车载控制器和无线客户端。由于小车数量多，通常会将小车进行编组，每个小车控制器控制一组小车。由于主控制器和车载控制器之间的通讯稳定性要求高，需要使用漏波电缆的无线通讯解决方案，才可以避免现场环境中的信号遮挡和降低同频干扰，满足包裹快速准确分拣的要求。
Ø 堆取料机 - 冶金
堆取料机常用于钢厂或者其它冶金行业的原料场中，用于实现煤、沙等生产原材料的堆放和取用。原料堆放的范围一般较大，堆取料机通常需要在较长距离内移动并完成工作。传统的堆取料机的工作方式是由操作工在堆取料机上本地操控，这种方式生产效率低、工作环境差、容易出错。因此，需要通过自动化升级和改造解决这些问题。
在这个应用中，使用无线通讯的方式可以实现多台堆取料机和地面监控系统的数据交互。数据交互不仅包含控制器的实时控制信号，还可能包含视频监控数据。操作人员在控制室中，依靠自动化系统和视频监控数据的帮助，就可以实现对多台堆取料机的集中操控。这对于无线通讯的稳定性、实时性、快速漫游和链路冗余等性能提出了非常高的要求。
图：原料厂堆取料机 图：成品库无人天车
Ø 无人天车 - 冶金
无人天车主要用于钢铁厂的成品库区，用于实现库区的钢卷的搬运和输送。传统的生产方式是通过操作工在行车上人工操作完成工作，这不仅劳动强度大，运行效率低，且容易导致人员、设备安全和数据丢失等问题。因此，建立无人化和智能化的物流输送系统是冶金行业一直以来的发展方向。
通过智能的库管系统和地面的主控制器可以对库区的生产进行统一调度，由无人天车根据库管系统发送的指令完成搬运工作。除了实现控制信号的传输外，还可能需要通过无线链路传输多路高清视频，帮助地面控制室内的操作人员了解无人天车周边状态。无线通讯链路不仅需要确保实时控制通讯的稳定性，还需要足够的带宽用于传输视频数据。
总结：
工业无线通讯的解决方案是“定制化”的解决方案，由于每个行业和应用场景的需求都有所不同，通常会根据实际项目要求针对性的设计和部署。因此，我们需要从无线方案的选择、设计、安装、调试和故障排查各个阶段细致的规划和实施，才能确保最终的无线通讯效果是最佳的。那么：
如何根据项目需求，设计出满足应用要求的无线方案？
如何根据现场环境，确保安装方式符合无线技术特性？
如何根据标准步骤，调试出通讯效果最佳的无线网络？
如何根据实施经验，解决调试和运行过程出现的故障？
如何根据应用场景，选择最适合部署的无线通讯技术？
我们将在接下来的文章中和大家一起探讨这些问题！
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