1、从RF应用说起

当初，工厂车间通信的实现存在诸多障碍(比如电缆和布线成本昂贵等)，为了消除这些不利条件而获得高效无线解决方案，在如此的工业应用上不得不迸行多年的开发。在以简化工业接口为目的各种开发中，困难不少。尤其是，如在计量、安全系统、火情探测器和HVAC(加热、通风、空调)系统的应用中对降低功耗和系统成本的要求日益高涨的情况下，问题变得愈发突出。

1.1多频段射频(RF)收发器和发送器的问世解决燃眉之急

然而，为了适应这种市场需求，当今己有多频段射频(RF)收发器(如TRF6903)和发送器(如TRF4903)问世。对于315、433、868和915MHz的工业、科学和医学(1SM)频段，这些器件能够实现高达64kbps的数据无线发送和／或接收，并可容易地与诸如MSP430等基带处理器相连。多频段射频(RF)收发器和发送器所提供的同步数据时钟可针对大多数常见时钟速率进行编程，从而简化了基带处理并降低了代码复杂度。这些器件能够与各种如MSP430微处理器系列很好地配合使用，并可提供完整的EVM套件和软件。同时也是面向用于建立频率可编程、半双工、双向RF链路的低成本多频段移频键控(FSK)或开关式键控(OOK)设备的单芯片解决方案。这些器件可在低至2.2V的电压条件下工作，并专为实现低功耗(待机电流为0.6μA)而设计。

对于跳频系统，这些器件是现有产品中速度最快、效率最高的跳频器。在切换至新频率时无需进行校准，从而使其在高数据速率条件下具有很高的效率。

图1为TRF6903结构功能方块图。

图1

多频段射频(RF)收发器和发送器特点：可提供收发器(如TRF6903)和发送器(如TRF4903)；315、433、868和915MHz工作频率；适合跳频协议；具有修整识别能力的时钟恢复；待机电流0·6μA(典型值)；2.2V至3.6V工作电压；输出功率+8dBm(典型值)；FSK／OOK工作模式；数据速率高达64kbps；工业温度范围-40℃至85℃。

1.2无线通信的基建设备必须不断换代更新

无线通信的基建设备必须不断换代更新，才可支持更高的传输速度及传输量，而另一方面，通信设备开发必须因应这个发展趋势，不断引进新技术，才可满足这方面应用的要求。当今可为这个市场提供一系列高度灵活而效率又极高的无线通信基建解决方案,其中包括高速放大器、模拟／数字转换器、接口产品、LVDS芯片及电源管理集成电路等。

·ADCl2C170-可支持高中频取样的1.1GHz带宽、170MSPS、12位模拟／数字转换器

ADCl2C170可在最适用于3G无线基站接收器、WiMAX功率放大器线性化、高中频取样接收器、多载波多模式接收器、测试和测帚设备、通信系统测试设备以及雷让系统等预合预领域应用。

其特点为：1.1GHz的全功率带宽；12位及170MSPS；可利用3.3V及1.8V两个供电电压操作；信噪比(SNR)高达66.3dB(输入频率为250MHz)；无杂散信号动态范围(SFDR)高达82．1dB(输入频率为250 MHz)；功耗715mW；偏移二进制或二进制补码输出数据格式；ADCl2C170芯片可支持CMOS输出，而ADC12V170芯片则可支持并行旅LVDS输出;采用48引脚LLP封装(7*7*0.8mm)。

·LMH6515-600MHz的数字控制可变增益放大器

其特点为：极高的600MHz小信号带宽；可编程增益，设定范围介于-3至+28dB之间，以1dB为一步级增减，而且准确度极高(误差不超过±0.1dB)；5位的并行增益调节接口；差分或单端输入，差分输出；200Ω的差分输入／输出电阻；IMD3低至-75db(输入频率为250MHz；噪音极低(7dB)；只需一个5V的电源供应；供电电流低至100mA；采用小巧的LLP-16封装。它在高度来灵活的无线中继器系统中获得应用。其芯片应用示意框图见图2(a)所示。

图2(a)

·射频功率检波器LMV221

其特点为：40dB线性功率检波范围；0.5dB准确度；输出电比范围0．2至2V；多频操作50至3500 MHz；采用小巧的LLP-6封装。图2(b)为LMV221射频功率检波特性示意图。

图2(b)

·SIMPLESWITCHER稳压器

LM25576新型SIMPLESWITCHER稳压器系列具有高度灵活性，既可满足个别设计要求，又可元充分发挥系统性能其特征为；全新仿电流模式,高输入/低输出降压比率，优越的瞬态响应，具有高度的灵活性，确保可以快速完成设计及性能统稳定可靠。其图2(c)多认为应用电路简易示意图。

图2(c)

2、工业环境下的通讯

工业通讯与办公环境下的通讯有着根本上的不同。在办公环境下，很多用户连接一台服务器；客户之间并没有交叉连接。而这种数据传输在建立通讯连接时，多个用户同时连接服务器时会导致阻塞和延时。这不能用于自动控制，因为循环的执行进程处理需要输入更新的数据来对组件发出适应的控制指令。此外，应用技术，通讯关系和网络结构也必须各自能够适应严酷的工业环境。

工业网络必须能够反应灵活并在短时间内满足市场需求，重组必须快速而高效。无论如何，必须确保网络的容量及最人限度利用其设备和机器，将停机时间减到最小。所有的成果和管理进程必须完全互动。当全公司和企业外部都采用了开放通讯系统时，才能满足这些要求。在自动化和信息技术领域中应避免采用孤立式解决方案，因此也需要满足以下的几个前提条件：从传感器／执行器层到公司管理级传送连续的信息流；每个地点信息的可用性；在工厂部门间之间实现数据的快速交换；简单的全过程组态和高效的诊断；集成安全功能可阻止非授权访问。

·全集成自动化(TIA)

SIMATIC NET的自动化要素是全集成自动化(TIA)技术，这是一种端到端范围的产品和系统，适用于所有行业的自动化领域，从进货到产品的生产过程到输出物流，从现场级一直到公司的管理级。这些组件的特色是具有最大程度的集成，因为他们都访问一个公用的数据。这样节省了输入成本，而且他们又保证整个项目的一致性。

·可用性与性能

在各种自动化应用中，对于高性能网络和高可用性网络的需求正在不断增长。各种的拓扑方法，例如总线型，环型或者星型，当部署一个生产线或者生产单元时，提供了广泛的可能，工业以太网是一种符合IEEE 802.3(以太网)和802．11(无线局域网)标准的高性能的局域网络。通过工业以太网，用户能建立高性能宽范围通讯网络。开放工业以太网标准PROFINET，采用了工业以太网，允许一百到现场级的实时通讯。如果完全利用已有的间标准，PROFINET允许通过工业以太网实现同步运动控制。

2.1面向工业无线通讯产品及其应用

·SCALANCEW-780接入点模块

这些接入点模块用于搭建传输带宽可达54Mbit／s，符合IEEE802。11big和IEEE 802。11a标准的无线电网络，运行频率为2。4GHz和5GHz，适用于恶劣的工业环境中。利用SCALANCE W-780接入点模块，可以把工业无线局域网的功能方便地添加到现有局域网和无线局域网中。

由于采用了专用带宽，并且循环监控与客户端的连接，因而为工厂中的高效生产提供了高可用的和可靠的无线通讯；符合世界公认的行业标准IEEE802。11，保护了投资；四个设备合而为一，2．4GHz或5GHz下接入点或点到连接；由于具有坚固的构造和防震保护，因而适用于日常恶劣的工业环境，同时也适合在-20℃到+60℃之间工作；即便在24VDC下，也可通过以太网供电(PoE)的方式，数据和电源通过一根电缆进行传输；由于采用了最新的安全机制，如WPA或?28位加密(AES)，因而提供厂高的安全性，防止了黑客侵入和操作员的操作故障；无硅无卤，符合ATEX有关防爆区域的认证标准；由于采用了C-PLUG(配置插头)，可在发生故障时方便地替换设备；利用安装向导，实现了简单快速安装；由于采用了全集成自动化(TIA)技术，因而具打高的系统稳定性；在与工业以太网的连接中断的情况下，可自动漫游。

·SCALANCE W788-2PRO和SCALANCE W788-2RR的其它功能

支持第二个无线电卡(1EEE 802．11big和IEEE 802．11a)，数据传输速率可达54Mbit，运行频率2．4GHz和5GHz；支持冗余模式，在使用两个无线电卡时，实现了高度可靠的点到点操作。支持快速漫游，实现了不同接人点间的动态节点的快速移动。

CALANCEW788-2PRO/W788-2R和SCALANCEW788-1RRO/1RR接入点模块外形见图3所示。

图3

2.2面向工业无线通讯产品的应用

2/21生产中的物料需求规划的应用

·设计思想：运输物流需要通过无线解决方案进行优化。在生产中应当更有效地利用叉车，避免无载货运行。运输物流应当具有更为严格的时间要求，并减少手工生成的运输文挡。在提供了可靠的无线高可用性解决方案的室内和室外区域中，应当采用坚固的工业化组件。另外，通讯系统应当为进一步的应用提供扩展能力。

·解决方案

全自动化喷漆车间的物料需求规划是在初始扩展阶段进行的。首先，进行调查工作，设计出无线电场，确保最人覆盖范围的无线区域；使用了三个SCALANCEW788—1PRO接人点来调查存在问题的区域。由于采用了工业化的IP65级设计，它们在室内和宅外场合均可使用。由于工业无线局域网(1WLAN)具有漫游功能，因此，节点可在无线电网络内自由移动，并自动地把信息从一个SCALANCEW788-1PRO传到另一个；使用MOBIC Internet Pad作为移动终端设备。因此，用户可在区域内门由移动，并且在任何时候，都可以与无线电场内的机器和控制部门进行数据通讯；由于冗余机制和分组重发防止了工业环境干扰对连接的破坏，因此确保了可靠的无线电连接。另外，由于循环发送数据分组，因而在生产区中实现了严格的实时数据传输。图4(a)为SCALANCEW788-1PRO接接入点模块在生产中的物料需求中的应用示意图。

图4(a)

·应用成效

由于减少了喷漆车间中无载货运行的次数，并且在线优化了运输物流，因此节省了成本；减少了生成的运输文档；适合再生产和最终装配的物料需求规划，具有严格的时间要求；减少了生产链中的暂存缓冲器的数量；系统可以集成到其它的应用领域，如质量保证、维护、存货管理和语音通讯。

2.22在汽车生产领域中的应

·任务需要：应当减少车辆最终装配过程中所使用的螺母扳手的数量。现有解决方案在每个装配周期和条形码检测中部使用了一个螺母扳手；由于采用滑环的硬连线方案导致了高的维护成本，因此需要应用一种可靠的无线通讯方案，以提高效率，缩减装配时间；产品应当实现厂工业化生产，并可在世界范围内应用；需要通过确保所使用组件的长期可用性，实现投资保护。

·设计解决方案：在编码导轨上采用了IWLAN RCoax电缆，这是一种无硅漏波电缆，从而实现了无线数据传输。该电缆会生成一种确定的、可靠的同锥形无线电场，并且该无线电场易于移动。因此，RCoax电缆是所有要求苛刻的无线电环境和各类导轨安装车辆的理想选择；RCoax电缆的馈入站由符合IEEE 802.11b/g(2．4GHz)标准的SCALANCEW788—1RRIWLAN接人点组成，共数据传输速率可达54Mbit／s；SCALANCEW747客户端组件作为移动节点安装,于是，同样的移动装置适用于所有的应用场合，因此，一个移动的螺母扳手可用于多个装配周期；另外，采用SCALANCEW747—1RR后，可使用多达8个的终端设备。

图4(b)为用RCoax电缆和SCALANCEW747—1RR的螺母扳子控制器的系统方案示意图。

图4(b)

图4(b)中SCALANCEW747-1RR为无线以太网客户端模块，是无线网卡IEEE 802.11b/g/a/h，带快速漫游的工业无线以太网(1WLANRR)，2.4~5GHz，速率最高54Mbit／s，可与8个的IP设备建立连接.为POE供电，IP65(-20to+60℃)，具有ANT792-4DN天线或ANT7956-4MR天线。

而S7·300为可支持PROFNET总线的新型可编控制器,其特点为模块化微型PLC系统，满足中、小规模的性能要求；各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务；简单实用的分布式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活；方便用户和简易的无凤扇设计；当控制任务增加时，可自由扩展；大量的集成功能使它功能非常强劲.本应用系统方案中S7·300带CP343-1通讯部件。

ET200PRO为ET200pro为IP65／67防护等级的模块和多功能I／O系统，可以在过程中直接安装，不需要组态控制柜。通过接口模块IM15404PN HF，200pro可以作为IO设备直接连接到PROFINET。

·实际应用效果

由于减少了螺母扳手的数量，因此实现了低投资成本；由于与移动通讯设备实现了可靠的无线和电缆无磨损的数据传输，囚此降低了维护成本和停机时间；由于采用了C-PLUG(配置插头)，降低了故障情形下的停机时间；无需专业人员或编程设备，即可方便替换设备减少了工人的工作任务，如检查、循环传送等，同时也降低了传送时间，实现了更高的吞吐量；易于替换各个部件，这仅依赖于材料物流情况；能够集成其它质量保证应用程序；通过IWLAN线路，可加载全部的螺母扳手数据。

3、工业部门的无线通讯技术

无论是对于点到点操作，还是对于二维网络，可靠性部是将用于生产过程的、任何形式的无线通汛的关键需求。通过采用冗余机制和分组重发，可用接入点(如SCALANCE W)建立了可靠的无线连接，可经受工业环境下的干扰。专用数据传输速率使调度无线通讯成为可能，并避免了访问数据时出现延迟甚或生产停机时间。C-PLUG(配置插头)交换介质可用于存储工程和配置数据，因而无需专门培训人员，即可快速替换设备。这样就使停机时间降到厂最小程度，并节省了培训成本和培训人员供应。由于具有“快速漫游”功能，你可以把动态节点从一个无线电场快速移动到另一个无线电场，从而防止了PROFINET IO通讯出现中断。另外，可以同步实时地操作多个无线PROFINETIO设备。

·对于那些在温度波动范围为-20℃到+60℃成长期接触灰尘和水气的条件下上作的产品而言，坚固性和工业使用能力是必须具备的。金属外壳和防震的机械保护确保厂这些产品能够在恶劣的工业环境下使用。

附件，如天线、电源和电缆等，也构成了无线通讯设计的—部分，并针对工业应用而生产制造。电力和数据通过一条线路，由以太网供电进行传送，由此节省厂投资成本。

·并未因其它外需求而牺牲了数据安全性。数据分组的传输时间和净比特率是由专用数据传输速率功能所决定的，并为节点提供了循环无线通讯。现在，即便是在无线电网络环境下也能够满足实时需求。冗余网络慨念也能够以无线方式实施。无线电通道也可以通过几毫秒的切换时间，实现冗余设计，这样，应用场合就不会受到分组重发或无线电通道干扰的影响。

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