大規(guī)模定制、卓越運營和商業(yè)智能正在從根本上改變制造業(yè)，為了在競爭中立于不敗之地，制造商需要更加靈活、通用、可擴展和具有成本效益的機器和生產(chǎn)線。隨著制造商向工業(yè) 4.0邁進，更好的適應(yīng)性、更高的吞吐量和更短的停機時間是他們的共同要求。本文帶您了解IO-LinkWireless技術(shù)如何打造高性能的工業(yè)級無線通信，實現(xiàn)工廠車間的無線自動化。

長期以來，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器控制和監(jiān)控。然而，電纜限制了機器的靈活性和敏捷性，工作過程中可能會因磨損而導(dǎo)致意外停機，而且維護成本高昂。在許多應(yīng)用中，當涉及到快速移動或旋轉(zhuǎn)時，有線通信幾乎是不可行的。Wi-Fi、Zigbee和藍牙等傳統(tǒng)無線技術(shù)在可靠性、延遲和可擴展性方面無法滿足嚴格的工業(yè)要求，因此并不實用。

工業(yè)4.0需要一種替代解決方案，提供智能、簡單、低成本的工業(yè)級無線通信，從設(shè)備級（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），甚至遠程通信、云和企業(yè)應(yīng)用。在此背景下，IO-LinkWireless應(yīng)運而生，作為一種確定性協(xié)議設(shè)計的，它保證每個數(shù)據(jù)包都能在確定的延遲時間（5ms）內(nèi)到達。

無線工廠自動化通信的全球標準

IO-Link Wireless是一種全球性的無線通信標準，旨在取代工廠自動化遠程傳感器和執(zhí)行器控制與監(jiān)控中的電纜。它以IO-Link IEC 61131-9標準為基礎(chǔ)，是成熟的IO-Link技術(shù)的系統(tǒng)擴展。與最初的IO-Link協(xié)議類似，IO-Link無線技術(shù)以無線形式提供高可靠性、低延遲、可擴展性、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化設(shè)備制造商和機器制造商都在采用這種技術(shù)。

IO-Link Wireless實現(xiàn)了工廠車間級的連接，具有無縫、與供應(yīng)商無關(guān)、無線纜通信的特點。它擴展了IO-Link的優(yōu)勢，提供以下功能：

用于控制和監(jiān)測的雙向無線通信協(xié)議

支持有線系統(tǒng)無法完成的工作場景（運輸軌道移動裝置/旋轉(zhuǎn)臺/旋轉(zhuǎn)傳送帶的無線控制和傳感、無線智能設(shè)備、遠距離機器人的無線末端設(shè)備等）。

為改造和新建項目提供簡單、經(jīng)濟的部署方案

增強靈活性和模塊化程度

高性能工業(yè)級無線通信

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

可靠性：IO-Link Wireless技術(shù)的可靠性能達到1e-9的數(shù)據(jù)包錯誤率(PER)。相比之下，它比Wi-Fi、藍牙和Zigbee等無線標準（PER值為1e-3）的可靠性高出6個數(shù)量級。這是通過IO-Link Wireless技術(shù)中用于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的重復(fù)機制實現(xiàn)的。為確保低延遲，該機制由無線電物理層控制自動實施。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)計為一種確定性時延協(xié)議，可保證每個數(shù)據(jù)包在一定的延遲時間內(nèi)傳送。IO-Link Wireless傳輸周期的結(jié)構(gòu)是嚴格定義的，每個IO-Link Wireless主站的無線設(shè)備最大數(shù)量有限制。過程數(shù)據(jù)可實現(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延內(nèi)進行非周期性傳輸。IO-Link Wireless的確定性屬性確保了網(wǎng)絡(luò)的可預(yù)測性，并實現(xiàn)了Wi-Fi或藍牙等非確定性協(xié)議無法應(yīng)用的算法。

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

共存：IO-Link Wireless系統(tǒng)通過黑名單和自適應(yīng)跳頻等機制與其他無線網(wǎng)絡(luò)和干擾器共存。黑名單是一種旨在避免與Wi-Fi等其他無線系統(tǒng)發(fā)生潛在碰撞的機制。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值達到1e-9，與有線連接相當。

一個IO-Link Wireless主站可支持多達40臺 IO-Link Wireless設(shè)備。每個主站分為五個通道，無線主站的每個通道最多可支持8臺 IO-Link Wireless設(shè)備。所有無線主站通道同時以不同頻率進行通信，從而實現(xiàn)最佳的網(wǎng)絡(luò)利用率。此外，多個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)備或其他不具備無線功能的設(shè)備添加無線功能時，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。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-LinkWireless通信解決方案

虹科CoreTigo為機器制造商、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，從而實現(xiàn)了成本效益、提高了生產(chǎn)率并減少了停機時間。IO-Link Wireless全球標準受到工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的青睞，適用于惡劣的工廠環(huán)境和運動控制應(yīng)用，為全球數(shù)以百萬計的傳感器、執(zhí)行器和工業(yè)設(shè)備提供電纜級連接。虹科IO-LinkWireless通信解決方案具有以下優(yōu)勢：

低延遲：1.6毫秒(5毫秒周期，3次重置)

擴展性：每個主站可以擴展超過40臺無線設(shè)備

可靠性：1e-9的丟包率、比任何無線技術(shù)都要可靠6個數(shù)量級、確定性高

經(jīng)濟性：降低布線部署和維護成本

兼容性：與IO-Link兼容

易于配置：安裝和配置簡單

結(jié)語

工業(yè)4.0革命勢在必行——制造商只能去滿足不斷變化的市場需求以及日益復(fù)雜的全球供應(yīng)鏈和勞動力市場。全自動化是向工業(yè)4.0過渡的關(guān)鍵組成部分，但它也帶來了新的通信場景，需要適合工業(yè)領(lǐng)域的無線連接。現(xiàn)有的無線通信無法同時控制和監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備，在延遲、可靠性和可擴展性方面也不符合工業(yè)標準。

IO-Link Wireless是一種基于工廠自動化領(lǐng)域無處不在的有線通信 IO-Link標準的全球標準，完全滿足當今新通信應(yīng)用的要求。它為新機器和現(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準。

審核編輯 黃宇