28、离散制造自动化中真正无线实时传感器/执行器接口的设计与实现

离散制造自动化中真正无线实时传感器/执行器接口的设计与实现

1. 引言

无线通信在工业自动化应用中日益普及，主要的自动化领域包括过程自动化和工厂自动化。在离散制造的工厂自动化中，不同的应用层次对无线通信有不同需求，尤其是在机器和设备层面，存在大量电线和连接器，工作环境恶劣。

传感器和执行器通过无线链路工作具有诸多优势：
- 安装灵活，适用于定制或特殊用途的机器制造。
- 实现传感器和执行器的全移动操作。
- 支持有线设备无法实现的新应用。
- 避免电缆磨损问题。
- 避免机械电缆轨道、滑环等机械元件的集成成本和时间。

工厂自动化中机器和设备层面的无线通信系统需要保证高可靠性、低且可预测的数据传输延迟。现有的无线系统无法满足这些要求，因此开发了一种名为无线传感器和执行器接口（WISA）的新型工厂通信系统，它提供无线通信和无线供电。

2. WISA 需求和系统规格

WISA 的系统规格基于对目标机器和设备层面典型应用需求的深入分析：
- 圆桌生产机器 ：每立方米机器体积可容纳多达 10 个设备，许多设备有相对运动，对电线和连接器造成较大压力，生产周期从 1 秒到 1 分钟不等。
- 生产线 ：自动化生产线组装、测试和包装标准消费品或家用产品，可能有 1000 - 3000 个输入/输出点。
- 汽车“机器人生产单元” ：每立方米机器体积约有 2 个设备，有时多个单元并列工作。

在一个平均的汽车装配厂中，约有 100,000 个输入