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导读
大规模定制、卓越运营和商业智能正在从根本上改变制造业，为了在竞争中立于不败之地，制造商需要更加灵活、通用、可扩展和具有成本效益的机器和生产线。随着制造商向工业 4.0 迈进，更好的适应性、更高的吞吐量和更短的停机时间是他们的共同要求。本文带您了解IO-Link Wireless技术如何打造高性能的工业级无线通信，实现工厂车间迈向无线自动化。
长期以来，有线通信一直是工厂车间唯一可行的通信方式，其固有的可靠性和低延迟使制造商能够将其用于机器控制和监控。然而，电缆限制了机器的灵活性和敏捷性，工作过程中可能会因磨损而导致意外停机，而且维护成本高昂。在许多应用中，当涉及到快速移动或旋转时，有线通信几乎是不可行的。Wi-Fi、Zigbee和蓝牙等传统无线技术在可靠性、延迟和可扩展性方面无法满足严格的工业要求，因此并不实用。
工业4.0需要一种替代解决方案，提供智能、简单、低成本的工业级无线通信，从设备级（传感器、执行器）到工业以太网（可编程逻辑控制器、工业PC），甚至远程通信、云和企业应用。在此背景下，IO-Link Wireless应运而生，作为一种确定性协议设计的，它保证每个数据包都能在确定的延迟时间（5ms）内到达。
01
无线工厂自动化通信的全球标准
IO-Link Wireless是一种全球性的无线通信标准，旨在取代工厂自动化远程传感器和执行器控制与监控中的电缆。它以IO-Link IEC 61131-9标准为基础，是成熟的IO-Link技术的系统扩展。与最初的IO-Link协议类似，IO-Link无线技术以无线形式提供高可靠性、低延迟、可扩展性、确定性通信以及鲁棒性。它非常适合满足工业4.0的要求，全球一些最大的自动化设备制造商和机器制造商都在采用这种技术。
IO-Link Wireless实现了工厂车间级的连接，具有无缝、与供应商无关、无线缆通信的特点。它扩展了IO-Link的优势，提供以下功能：
用于控制和监测的双向无线通信协议
支持有线系统无法完成的工作场景（运输轨道移动装置/旋转台/旋转传送带的无线控制和传感、无线智能设备、远距离机器人的无线末端设备等）
为改造和新建项目提供简单、经济的部署方案
增强灵活性和模块化程度
02
高性能工业级无线通信
要在恶劣的工厂环境中实现高性能的无线通信，在设计上需要考虑的因素非常广泛。
可靠性
IO-Link Wireless技术的可靠性能达到1e-9的数据包错误率(PER)。相比之下，它比Wi-Fi、蓝牙和Zigbee等无线标准（PER值为1e-3）的可靠性高出6个数量级。这是通过IO-Link Wireless技术中用于关键数据的重复机制实现的。为确保低延迟，该机制由无线电物理层控制自动实施。IO-Link Wireless还采用了高斯频移键控 (GFSK) 调制，这是一种非常稳健的调制方式，可用于处理干扰和噪声。
确定性
IO-Link Wireless被设计为一种确定性时延协议，可保证每个数据包在一定的延迟时间内传送。IO-Link Wireless传输周期的结构是严格定义的，每个IO-Link Wireless主站的无线设备最大数量有限制。过程数据可实现周期性传输，设备配置参数、故障参数等信息可在确定性时延内进行非周期性传输。IO-Link Wireless的确定性属性确保了网络的可预测性，并实现了Wi-Fi或蓝牙等非确定性协议无法应用的算法。
低延迟
IO-Link Wireless系统的确定性延迟时间为5毫秒，每个无线主站可连接40个节点（传感器、执行器或 l/O 集线器）。每5毫秒的IO-Link Wireless周期由3个子周期组成，每个子周期的持续时间为1.6毫秒。子周期包括下行链路部分和上行链路部分，下行链路部分由无线主站广播给每个轨道上的所有无线设备，上行链路部分是设备根据预定时隙发送给主站的单播多路复用信息。
共存
IO-Link Wireless系统通过黑名单和自适应跳频等机制与其他无线网络和干扰器共存。黑名单是一种旨在避免与Wi-Fi等其他无线系统发生潜在碰撞的机制。跳频用于确保IO-Link Wireless系统组件具有足够的性能，并减少干扰的影响。作为一种抗干扰措施，跳频在每次传输中交替使用频率信道，使PER值达到1e-9，与有线连接相当。
一个IO-Link Wireless主站可支持多达40台 IO-Link Wireless设备。每个主站分为五个通道，无线主站的每个通道最多可支持8台 IO-Link Wireless设备。所有无线主站通道同时以不同频率进行通信，从而实现最佳的网络利用率。此外，多个IO-Link Wireless主站可以共存于同一空间。
互操作性
在为现有传统设备或其他不具备无线功能的设备添加无线功能时，互操作性至关重要。IO-Link Wireless 使用IO-Link集成方法和工具，为系统集成商和工厂人员提供了明显优势。除了支持现成的IO-Link设备外，该技术还可以支持各种其他数字和模拟设备。
03
IO-Link Wireless通信解决方案
虹科CoreTigo为机器制造商、系统集成商和工业设备制造商提供高性能的IO-Link Wireless通信解决方案，为工业领域解除了束缚。
这些解决方案提高了灵活性、适应性和模块化程度，从而实现了成本效益、提高了生产率并减少了停机时间。IO-Link Wireless全球标准受到工业行业领导者的青睐，适用于恶劣的工厂环境和运动控制应用，为全球数以百万计的传感器、执行器和工业设备提供电缆级连接。
虹科IO-Link Wireless通信解决方案具有以下优势：
低延迟：1.6 毫秒(5毫秒周期，3次重置)
扩展性：每个主站可以扩展超过40台无线设备
可靠性：1e-9的丢包率、比任何无线技术都要可靠6个数量级、确定性高
经济性：降低布线部署和维护成本
兼容性：与IO-Link兼容
易于配置：安装和配置简单
结语
工业4.0革命势在必行——制造商只能去满足不断变化的市场需求以及日益复杂的全球供应链和劳动力市场。全自动化是向工业4.0过渡的关键阶段，但它也带来了新的通信场景，需要适合工业领域的无线连接。现有的无线通信无法同时控制和监控生产设备，在延迟、可靠性和可扩展性方面也不符合工业标准。
IO-Link Wireless是一种基于工厂自动化领域无处不在的有线通信 IO-Link 标准的全球标准，完全满足当今新通信应用的要求。它为新机器和现有设备的改造提供了成熟的解决方案，并符合监控和控制的延迟和可靠性标准。
虹科是一家在通讯领域，尤其是汽车电子和智能自动化领域拥有超过15年经验的高科技公司，致力于为客户提供CAN、TSN、HSR/PRP、同步IP核/板卡/交换机、IO-Link等全方位的一站式智能互联解决方案。
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