IO-Link Wireless：實現(xiàn)低時延、更穩(wěn)定的工廠車間無線自動化革新

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-Link Wireless技術如何打造高性能的工業(yè)級無線通信，實現(xiàn)工廠車間邁向無線自動化。

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將其用于機器控制和監(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致意外停機，而且維護成本高昂。在許多應用中，當涉及到快速移動或旋轉時，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)應用。在此背景下，IO-LinkWireless應運而生，作為一種確定性協(xié)議設計的，它保證每個數(shù)據(jù)包都能在確定的延遲時間（5ms）內到達。

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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，是成熟的IO-Link技術的系統(tǒng)擴展。與最初的IO-Link協(xié)議類似，IO-Link無線技術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備制造商和機器制造商都在采用這種技術。

IO-Link Wireless實現(xiàn)了工廠車間級的連接，具有無縫、與供應商無關、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/旋轉臺/旋轉傳送帶的無線控制和傳感、無線智能設備、遠距離機器人的無線末端設備等）

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

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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，在設計上需要考慮的因素非常廣泛。

可靠性

IO-Link Wireless技術的可靠性能達到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技術中用于關鍵數(shù)據(jù)的重復機制實現(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) 調制，這是一種非常穩(wěn)健的調制方式，可用于處理干擾和噪聲。

確定性

IO-Link Wireless被設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傳送。IO-Link Wireless傳輸周期的結構是嚴格定義的，每個IO-Link Wireless主站的無線設備最大數(shù)量有限制。過程數(shù)據(jù)可實現(xiàn)周期性傳輸，設備配置參數(shù)、故障參數(shù)等信息可在確定性時延內進行非周期性傳輸。IO-Link Wireless的確定性屬性確保了網(wǎng)絡的可預測性，并實現(xiàn)了Wi-Fi或藍牙等非確定性協(xié)議無法應用的算法。

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備，上行鏈路部分是設備根據(jù)預定時隙發(fā)送給主站的單播多路復用信息。

共存

IO-Link Wireless系統(tǒng)通過黑名單和自適應跳頻等機制與其他無線網(wǎng)絡和干擾器共存。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)設備或其他不具備無線功能的設備添加無線功能時，互操作性至關重要。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設備外，該技術還可以支持各種其他數(shù)字和模擬設備。

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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)設備制造商提供高性能的IO-Link Wireless通信解決方案，為工業(yè)領域解除了束縛。

這些解決方案提高了靈活性、適應性和模塊化程度，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)行業(yè)領導者的青睞，適用于惡劣的工廠環(huán)境和運動控制應用，為全球數(shù)以百萬計的傳感器、執(zhí)行器和工業(yè)設備提供電纜級連接。

虹科IO-Link Wireless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臺無線設備

可靠性：1e-9的丟包率、比任何無線技術都要可靠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雜的全球供應鏈和勞動力市場。全自動化是向工業(yè)4.0過渡的關鍵階段，但它也帶來了新的通信場景，需要適合工業(yè)領域的無線連接。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用的要求。它為新機器和現(xiàn)有設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。