沈　偉

摘要: 本文首先介紹了工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的基本概念，對(duì)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男阅軜?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了概述，然后對(duì)工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

關(guān)鍵詞:無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)；性能標(biāo)準(zhǔn)；無(wú)線(xiàn)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)無(wú)線(xiàn)遙控技術(shù)主要是通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)射器將人的操作指令經(jīng)過(guò)數(shù)字化編碼、加密后通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式傳遞給遠(yuǎn)方的接收系統(tǒng)，接收系統(tǒng)經(jīng)解碼轉(zhuǎn)換后將控制指令還原，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械設(shè)備的控制；同時(shí)，由于工業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)要求在強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)及無(wú)線(xiàn)電信號(hào)復(fù)雜的環(huán)境中具有百分之百的抗干擾能力。工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)于某些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)操作有著深遠(yuǎn)的意義。

1 工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)概述及意義

工業(yè)化的發(fā)展使得工業(yè)系統(tǒng)越來(lái)越龐大，隨之對(duì)系統(tǒng)的控制性能要求也越來(lái)越高。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、儀器儀表、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)也向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，用來(lái)解決因系統(tǒng)龐大而帶來(lái)的可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性以及易實(shí)現(xiàn)性等問(wèn)題。從目前控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀發(fā)展來(lái)看，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)較好的適應(yīng)了上述要求，是工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的熱點(diǎn)。

隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)的日益發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越被各行各業(yè)所接受。但是在工業(yè)控制領(lǐng)域，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、干擾大，對(duì)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)極大的瓶頸。在一些特殊場(chǎng)合，雖然盡量采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)減少了布線(xiàn)數(shù)，但由于設(shè)備本身的特性或者特殊的現(xiàn)場(chǎng)的情況，使得布線(xiàn)極為不便甚至不可能。在生產(chǎn)車(chē)間，有些天花板的設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮線(xiàn)路布局的空間，在遇到昂貴的安裝、重新布局和維護(hù)時(shí)很不方便;在遇到有歷史價(jià)值的建筑物、混凝土建筑和里面有大理石的建筑物內(nèi)布線(xiàn)是比較困難的。再比如一臺(tái)旋轉(zhuǎn)設(shè)備需要與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如果采用傳統(tǒng)的有線(xiàn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，就需使用滑環(huán)，但是這種傳統(tǒng)的方法存在以下缺點(diǎn):可靠性差;設(shè)計(jì)難度大，受到很多室外地形的制約；安裝不便，挖溝埋管，工期長(zhǎng);費(fèi)用昂貴，維護(hù)費(fèi)用高;移動(dòng)不方便;

如果采用具有較強(qiáng)抗干擾性的無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備，就可以較好的克服上述缺點(diǎn)，于是工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。正是由于系統(tǒng)總線(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域具有的上述廣闊前景，使得它備受工業(yè)界關(guān)注。

2工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)作原理和優(yōu)點(diǎn)

2.1 工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)作原理

首先，工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)將操作者或機(jī)器的控制指令進(jìn)行數(shù)字化處理(包括對(duì)信號(hào)的濾波，A/D轉(zhuǎn)化等處理)，變?yōu)橐子谔幚淼臄?shù)字信號(hào)；其次，對(duì)數(shù)字指令信號(hào)進(jìn)行編碼處理；再次，指令信號(hào)在經(jīng)發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后，通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)以無(wú)線(xiàn)電波的方式傳遞給遠(yuǎn)處的接收系統(tǒng)。最后，接收系統(tǒng)通過(guò)接收天線(xiàn)把帶控制指令的無(wú)線(xiàn)電波接收下來(lái)，經(jīng)過(guò)解調(diào)和解碼，轉(zhuǎn)換為控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類(lèi)型各種環(huán)境的工業(yè)設(shè)備進(jìn)行控制。

2.2工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

總的來(lái)說(shuō)，工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)包括無(wú)線(xiàn)電技術(shù)基本的優(yōu)點(diǎn)：

提高了安全性和可靠性。早在六十年代初期，人們就能利用拖纜遙控裝置來(lái)控制許多工業(yè)設(shè)備。但是由于某些特殊工業(yè)環(huán)境的制約，加上控制信號(hào)在電纜線(xiàn)中的衰減，使得遙控的距離有限，同時(shí)由于電纜線(xiàn)的存在，影響了操作的靈活性，而且數(shù)米長(zhǎng)的電纜經(jīng)常是生產(chǎn)事故中的主要根源。由于無(wú)線(xiàn)電控制技術(shù)是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波來(lái)傳遞控制指令，完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來(lái)的故障隱患，而且省去中間指揮環(huán)節(jié)，從而避免了由于指揮不當(dāng)引起的誤解；

提高了工作效率。這項(xiàng)技術(shù)從安裝到維護(hù)，以及日常操作的準(zhǔn)確性、連貫性比以往得以顯著提高；

改善和適應(yīng)了操作環(huán)境。操作人員可遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)控制，避開(kāi)能見(jiàn)度差、污染嚴(yán)重的操作位置。

3 工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的性能標(biāo)準(zhǔn)

無(wú)線(xiàn)電技術(shù)系統(tǒng)是通信系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)或評(píng)述通信系統(tǒng)時(shí)，往往要涉及通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)，否則就無(wú)法衡量其質(zhì)量的優(yōu)劣。性能指標(biāo)也稱(chēng)為質(zhì)量指標(biāo)，它們是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)綜合提出或規(guī)定的。

一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面 :有效性。指通信系統(tǒng)傳輸消息的 “速率”問(wèn) 題，即快慢問(wèn)題；可靠性。指通信系統(tǒng)傳輸消息 的 “質(zhì)量”問(wèn) 題，即好壞問(wèn)題；適應(yīng)性。指通信系統(tǒng)適用的環(huán)境條件；經(jīng)濟(jì)性。指系統(tǒng)的成本問(wèn)題；保密性。指系統(tǒng)對(duì)所傳信號(hào)的加密措施。這點(diǎn)對(duì)軍用系統(tǒng)尤為重要；標(biāo)準(zhǔn)性。指系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；維修性。指系統(tǒng)是否維修方便；工藝性。指通信系統(tǒng)各種工藝要求。

通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，從研究消息傳輸?shù)慕嵌葋?lái)說(shuō)，有效性和可靠性是評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)，也是通信技術(shù)討論的重點(diǎn)。通信系統(tǒng)的有效性和可靠性，是一對(duì)矛盾。一般情況下，要增加系統(tǒng)的有效性，就得降低可靠性，反之亦然。在實(shí)際中，常常依據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的要求采取相對(duì)統(tǒng)一的辦法，即在滿(mǎn)足一定可靠性指標(biāo)下，盡量提高消息的傳輸速率，即有效性；或者，在維持一定有效性的條件下，盡可能提高系統(tǒng)的可靠性。

對(duì)于模擬通信來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的有效性和可靠性具體可用系統(tǒng)頻帶利用率和輸出信噪比（或均方誤差）來(lái)衡量。

對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的可靠性和有效性具體可用誤碼率和傳輸速率來(lái)衡量。對(duì)于工業(yè)控制系統(tǒng)總線(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男阅軄?lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹八俣取焙汀百|(zhì)量”至關(guān)重要，速度主要指標(biāo)是信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，而質(zhì)量涉及到了系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。

4 工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

隨著近些年來(lái)國(guó)內(nèi)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)環(huán)境的不斷改善，無(wú)線(xiàn)技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，也越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)的關(guān)注。國(guó)內(nèi)一些科研院所和企業(yè)成立了中國(guó)工業(yè)無(wú)線(xiàn)聯(lián)盟，其核心使命包括：解決工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)難題，為用戶(hù)提供可行的解決方案，支持并參與工業(yè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工作，為工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的魯棒性與可靠性提供認(rèn)證以及共同推動(dòng)工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化與市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。這標(biāo)志著，在國(guó)內(nèi)，集標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用為一體的綜合力量已經(jīng)形成。另外，隨著國(guó)內(nèi)行業(yè)的服務(wù)體系日趨成熟，一系列研討活動(dòng)也相繼舉行，這也為多方面力量共同參與工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的研究搭建了橋梁。

國(guó)內(nèi)和國(guó)外研發(fā)機(jī)構(gòu)在工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)研究應(yīng)用上有所不同。相對(duì)而言，國(guó)外大公司在工業(yè)無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域終究發(fā)展較早，比較重視整體的工業(yè)無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品體系及面向行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。而國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)則偏重于比較靈活的以及有針對(duì)性的應(yīng)用，其推廣方式也是以點(diǎn)代面，逐步擴(kuò)大范圍，很多應(yīng)用是從一個(gè)車(chē)間、一條生產(chǎn)線(xiàn)出發(fā)推廣到全廠(chǎng)的。國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)與機(jī)構(gòu)，已經(jīng)有能力在這一領(lǐng)域，和國(guó)外的大公司和標(biāo)準(zhǔn)化組織競(jìng)爭(zhēng)。

工業(yè)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的研究，有著深遠(yuǎn)的意義和美好前景。

參考文獻(xiàn)

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

[2]、鄭貴源:《無(wú)線(xiàn)遙控裝置在工業(yè)控制中的應(yīng)用》，機(jī)械與電子，1997年第2版.

[3]、劉金琪等，張力無(wú)線(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳送與處理[J]，黑龍江通信技術(shù)，2002.