淺談5G無線技術(shù)在工業(yè)設備中的應用

宋健

摘要：隨著工業(yè)領域智能化發(fā)展，無線通訊技術(shù)逐步普及應用，大多工業(yè)應用采用2.4G無線技術(shù)，而5G通訊就是無線通訊網(wǎng)絡發(fā)展中的第五代無線WIFI傳輸技術(shù)，也可稱為5G無線WIFI，較比之前的通訊技術(shù)而言，5G無線WIFI在傳輸速度、數(shù)據(jù)帶寬、通訊延時、抗干擾能力等方面均有更加強大的功能。對于工業(yè)現(xiàn)場設備應用來說，其在現(xiàn)場設備無線通訊控制過程中會有更加明顯的優(yōu)勢和效率的提升。

關鍵詞：5G/2.4G/WIFI;AGV控制系統(tǒng);AGV無線通訊

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）12-0064-01

WIFI的誕生可以實現(xiàn)電腦、手機等終端設備以無線通訊的方式實現(xiàn)聯(lián)通。也可理解為無線上網(wǎng)，目前智能家用設備大多都會支持WIFI上網(wǎng)，已成為當今社會最常用的無線網(wǎng)絡傳輸技術(shù)。該技術(shù)簡單實用，家庭中可將傳統(tǒng)的有限路由器換成無線路由器，通過簡單的參數(shù)設置即可達到無線網(wǎng)絡共享[1]。WIFI（Wireless Fidelity）是一種無線局域網(wǎng)技術(shù)的品牌認證。第一代的WIFI技術(shù)的標準化標號其實的802.11，于1997年由美國電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）制定，主要是為了讓不同品牌的無線網(wǎng)絡設備之間實現(xiàn)通訊兼容[2]。現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場大多運用第四代2.4Ghz無線WIFI，而與之相比應用5G無線WIFI主要優(yōu)勢有以下幾個方面：（1）數(shù)據(jù)傳輸更快，能夠避免網(wǎng)絡信號堵塞。5G WIFI數(shù)據(jù)理論傳輸速度最高可達到1Gbps，遠遠超越2.4G傳輸速度，可實現(xiàn)秒傳125MB[3]。（2）網(wǎng)線供電，節(jié)省獨立電源。在同一時間內(nèi)5G傳輸數(shù)據(jù)更多，設備長時間運行在低功率狀態(tài)，可使用網(wǎng)線自行供電，節(jié)省獨立外接電源。（3）抗干擾能力強，信號穩(wěn)定。工業(yè)現(xiàn)場常用手機、筆記本電腦、各種外圍移動通訊設備均使用2.4G頻段通訊，很容易產(chǎn)生信號干擾，而5G頻段使用較少，使用5G通訊可實現(xiàn)無線通訊專屬頻道，極大提升信號質(zhì)量，降低無線電干擾。本文介紹5G無線通訊在在通用汽車工業(yè)設備生產(chǎn)過程中的應用。

1通用汽車生產(chǎn)線設備AGV（自動引導小車）控制系統(tǒng)組成

AGV系統(tǒng)由無線通訊電臺、天線、控制臺計算機、交換機、電源、外圍設備等組成，控制臺是AGV的中央管理器，采用無線通訊技術(shù)，通過無線電臺進行上級管理計算機與AGV車載控制器及外圍設備的信號交互，實現(xiàn)AGV小車的自動調(diào)度運維，其主要功能如下：（1）任務分配：可根據(jù)系統(tǒng)中外部配合信號情況及AGV系統(tǒng)的當前狀況決定是否產(chǎn)生系統(tǒng)任務，并按一定的原則指派合適的AGV去完成任務。（2）調(diào)度管理：設備通過WIFI接收來自上級計算機指派的不同任務，從而實現(xiàn)自動運行;各小車本身無法主動實現(xiàn)個體之間的路線選擇或路口讓行，控制臺通過WIFI查看各個設備的位置與狀態(tài)，判斷是否可能發(fā)生碰撞的情況，并發(fā)出停車或避讓的指令，暫時停止低優(yōu)先級設備的運行，在碰撞的可能性消失后，發(fā)出指令解除設備停車指令，允許設備繼續(xù)運行。（3）設備自動充電：當設備系統(tǒng)中有多個充電機或多個站點公用充電機時，AGV系統(tǒng)控制臺負責協(xié)調(diào)各小車的充電先后順序與時間，確保小車運行所需的電量處于健康狀態(tài);當發(fā)現(xiàn)有優(yōu)先級較高的任務產(chǎn)生后，控制臺可強制解除指定某臺設備的充電操作。（4）與周邊設備進行通訊聯(lián)絡：設備可通過無線網(wǎng)絡與上級管理計算機進行實時通訊，自動上報AGV系統(tǒng)設備的運行狀況，并通過無線網(wǎng)絡傳遞接收上級管理計算機命令，使AGV的移載動作與地面移載設備之間進行互鎖。

2 AGV（自動引導小車）無線通訊系統(tǒng)組成

（1）天線是控制臺與AGV之間無線網(wǎng)絡通訊高頻調(diào)制信號的發(fā)送與接收裝置，系統(tǒng)中每個電臺使用兩根6dB全向天線，使用IEEE802.11a的無線通訊協(xié)議，通訊頻率為2.4GHz。（2）通訊電臺通過專用電纜與天線相連，通過標準RJ45接口與集線器相連，進行數(shù)據(jù)信號調(diào)制、驅(qū)動與收發(fā)預處理。AGV系統(tǒng)中的電臺分兩種，AGV車載電臺是單口無線適配器（SA），控制臺使用的是無線接入點（AP），是系統(tǒng)通訊的主站，所有車載SA電臺必須通過AP電臺接入系統(tǒng)網(wǎng)絡。本系統(tǒng)中AP電臺在同一位置布置2套，同時使用并互為備用。（3）集線器用于連接計算機與電臺的網(wǎng)絡通訊信號，AGV系統(tǒng)控制臺計算機、無線接入點均使用RJ45接口接到集線器，由集線器負責網(wǎng)絡信號的轉(zhuǎn)發(fā)，因而集線器是系統(tǒng)網(wǎng)絡物理連接的中心點。整個AGV系統(tǒng)還可以通過集線器的級連功能接入生產(chǎn)車間的網(wǎng)絡系統(tǒng)。（4）電源為計算機、集線器及外部IO信號提供所需的電源。

3 AGV系統(tǒng)無線通訊應用

（1）設備無線調(diào)度：AGV系統(tǒng)控制臺通過無線AP對小車充電站及移載站進行管理，當有一臺AGV需要充電時，控制臺通過AP傳輸信號到SA分配該AGV充電任務，并將充電節(jié)點設置為該AGV專用，禁止其它AGV分配進入該節(jié)點的任務;如果有AGV進入不了移載節(jié)點，該AGV會將信號通過SA傳輸?shù)紸P使控制臺對該節(jié)點進行任務判斷。基于無線通訊技術(shù)的應用，對于正在運行出入庫任務的AGV，如果在沒完成上下貨任務時AGV因故退出運行（如急停按鈕被按下），則只需在AGV本次任務運行過的節(jié)點上重新進行一次上線操作即可恢復原任務的運行。（2）故障信息傳遞：當AGV出現(xiàn)一般的故障時，會通過SA將故障信息傳輸?shù)紸P，此時控制臺將會報警，并顯示故障原因。（3）2.4GWIFI狀態(tài)：現(xiàn)場AGV設備使用的2.4GWIFI，在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)通訊中斷及因通訊引起的避碰異常等問題，通過使用信號測試軟件INSSIDER對現(xiàn)場進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)同一個通訊通道有多個其他設備共同使用，同時監(jiān)控發(fā)現(xiàn)AGV設備通訊的信號電平很不穩(wěn)定，在50-70dBm之間波動，可判斷存設備在2.4GWIFI下運行存在無線通訊干擾。

4 5G無線技術(shù)的應用

（1）通過智能制造工作的開展，結(jié)合5G無線技術(shù)的應用，我們對現(xiàn)場AGV控制系統(tǒng)的無線通訊進行升級改進，通過自主重新配置所有無線電臺系統(tǒng)參數(shù)，將所有AGV車載電臺和控制臺電臺由原有2.4G升級為5G無線通訊，升級后現(xiàn)場無線通訊設備使用專一通道進行通訊，可避免信號干擾產(chǎn)生。（2）采用5G無線技術(shù)后，通過使用監(jiān)控軟件INSSIDER查驗后可發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設備通訊的信號電平很穩(wěn)定，在20-30dBm之間，現(xiàn)場設備問題得到有效解決。（3）經(jīng)過實踐應用證明，無線技術(shù)具備優(yōu)越的傳輸速度、抗干擾能力和穩(wěn)定性，更為突出的是，5G無線技術(shù)在工業(yè)設備的安全生產(chǎn)、提升效率等方面發(fā)揮了重要的作用。

參考文獻

[1] 葉文彬.5G無線網(wǎng)絡下的智能干擾管理技術(shù)研究[J].中國新通信，2017，19（8）：96-97.

[2] 翟冠楠，李昭勇.5G無線通信技術(shù)概念及相關應用[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2013（9）：2-4.

[3] 余世平.基于5G移動通信技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應用分析[J].電子世界，2019（3）：174+176.

The Application of? 5g Wireless Technology in Industrial Equipment

SONG Jian

（SAIC GM （Shenyang） Beisheng Automobile Co.， Ltd.， Shenyang? Liaoning? 110025）

Abstract：With the intelligent development of industrial field， wireless communication technology is gradually popularized and applied. Most industrial applications adopt 2.4G wireless technology. 5g communication is the fifth generation of wireless WiFi transmission technology in the development of wireless communication network， which can also be called 5g wireless WiFi. Compared with the previous communication technology， 5g wireless WiFi has the ability of transmission speed， data bandwidth， communication delay， anti-interference， etc It has more powerful functions. For the industrial field equipment application， it will have more obvious advantages and efficiency improvement in the field equipment wireless communication control process.

Key words：5g/2.4g/wifi;AGV control system;AGV wireless communication