布线系统如何制造厂商的通信需求

工业环境中的通信需求规划往往从网络的第一层开始。

图上是复合电缆，是一种用于数据传输的光纤和用于传输远程电源的铜线。在工业环境中，复合电缆可用于支持覆盖区的毫米波5G无线电网络中。

制造工厂和运营各有其独特之处。在本文中，我们将讨论许多通信机会，这些机会可以为新建筑和现有建筑配备更灵活、更具弹性和更智能的数字基础设施。制造系统架构师正在利用有线、无线和光传输支持机器人、机器视觉、生产线机器、产品传输、传感器阵列、可编程逻辑控制器（PLC）和分布式物联网（带有未来的人工智能管理覆盖层）来提高过程智能，灵活、安全，减少缺陷和运营费用。

通信技术是制造和生产各种类型商品的基础。许多通信媒介的可用性，以及适用于各种应用的大量传感器和控件，使架构师能够考虑比以往任何时候都更有效地监测和管理环境。此外，大多数生产子系统都具有应用程序编程接口（api）和软件，这些接口和软件使它们能够集成到端到端框架中。

通信需求的规划从基础层的第一层开始，即有线和无线数据。选项和使用场景包括以下内容。

有线通信基础设施

以太网局域网——是自20世纪90年代以来使用的一种著名的主力技术。最常见的实现方式是在5e类或6类双绞线设备上实现1-Gbit/sec的数据速率。

用法示例：用于生产设备的工业控制计算机将有一个以太网端口，该端口通过支持本地布线区域的以太网交换机连接到工厂网络。

同轴电缆——在最初的机器视觉应用中，较老的模拟摄像机使用75欧姆同轴电缆与帧抓取器联网。CoaXPress是一种新的数字机器视觉标准，它可以利用同轴电缆设备，已经开发出来的速度高达12.5gbit/s。

用法示例 ：高速检测线上的机器视觉。

光纤电缆——光纤电缆用于实现10、40和100 Gbit/s的以太网LAN数据速率。未来的制造系统将自行实现这些数据速率，或者在共享应用程序中，单个5G无线电可以将许多流量聚合到这些数据速率。光纤电缆在制造业中提供了额外的好处，因为它不受电磁干扰（EMI）的影响。电磁干扰本质上是由铜线传输的电气“噪声”，它会压倒铜线上的合法通信信号。在制造业中，重型设备可能会因旋转电机或步进电机或焊接机产生持续的电磁干扰或大的瞬态电尖峰。

用法示例：支持植物内的覆盖区（小区）的毫米波5G无线电。附近的机器有一个5G接口，连接到5G单元。此应用中使用的光纤电缆是一种“复合电缆”，由传输数据流的光纤和向5G无线电传输远程电源的铜线组成。

此外，恶劣的制造环境可能要求保护电缆免受机械接触或化学品或热量的损坏。在这些情况下，可以使用铠装复合电缆，而不是建造导管。

用法示例：具有10 Gbit/sec接口的生产计算机。由于机器已经有自己的板载电源，光纤电缆不需要额外的铜线。同样，可以使用铠装光纤电缆，而不是建造导管。

无线通信基础设施

WiFi——兴起于2000年代中期，它是企业无线的主力军，具有“瘦接入点”（AP）和控制器相结合的现代平台架构。最新一代是802.11ax，行业正在从早期版本过渡。WiFi在制造业中的地位是成熟的，因为适合迁移到使用WiFi作为数据传输的系统已经在使用WiFi。在需要严格控制和可预测的双向通信或距离问题的情况下，大多数系统架构师更喜欢以太网电缆而不是WiFi。将WiFi AP连接到网络的传输通常是一种通过5e类或6类电缆的以太网供电（PoE）。

用法示例：远程访问计算机数控（CNC）机器，如车床或卧式铣床（离AP足够近），远程访问用于上载程序和监视系统的运行状况。

LTE——随着公民宽带无线电服务（CBRS）于2019年9月18日推出，LTE成为不拥有无线频谱的组织（即非移动运营商）的可访问技术。在CBRS频段中，安装在站点中的无线基础设施从称为频谱接入服务（SAS）的云服务请求其无线电频谱。这是一个突破，因为它允许任何需要LTE的受控和可预测访问特性的公司部署LTE以支持制造过程。LTE是可取的，因为它提供了对所有连接设备的公平和可预测的访问、质量服务控制以支持关键流量的优先访问，并且信号的覆盖范围远远超过WiFi。将LTE无线电连接到网络的传输通常是通过5e类或6类电缆的PoE类型。

使用示例：在室外接近连接到炼油厂内石化进料管线的太阳能压力传感器由于压力升高必须触发整个炼油厂的一组时间敏感动作，因此传感器具有优先访问权。压力传感器是提高炼油厂工艺效率所必需的，但管道和安装位置的电力成本会推高商业案例中的成本。将CBR作为一种共享媒介，在信号中覆盖炼油厂的地理区域，这使得专用LTE连接传感器、红外摄像机、带有控制应用程序的移动设备以及其他创新能够经济高效地部署。

5G——是全球移动运营商的下一代通信技术， 5G有许多附加的技术特性，对制造业社区具有吸引力，包括以下内容：

• 更高频率范围的宽带信道，使连接的设备运行速度比LTE快20倍。

• 超可靠的低延迟计算（URLLC），通过网络中的边缘计算和优先网络控制实现。其目标是，对于需要快速响应的时间敏感功能，应用程序的一部分被移动到边缘计算平台，以便它们可以代表云服务进行响应。此URLLC功能消除了从网络边缘到云服务的往返延迟，这超出了5G连接设备允许的时间范围。

• 网络切片是一种通过将网络分成四个主要控制因素（要使用的核心网络、优先级、所需带宽、最大往返时间）的切片来分配网络的方法。

• 波束形成天线技术，对于移动设备的每次传输，在传输时知道设备的位置并将能量指向该位置。

• 将5G无线电连接到网络的传输将是复合光纤。

使用示例：随着更多的生产系统具有机器视觉和为控制人工智能引擎提供支持的大型关键绩效指标/指标流，一些活动将在具有宽带通道的高性能切片上运行，以持续管理和调整生产线。而且，在5G支持员工连接移动设备的情况下，slice配置文件将不会超过今天的LTE。

结 语

与我们日常的工作生活通信需求一样，制造业在现在和未来的通信需求也越来越大、越来越快。当涉及LTE和5G时，这些平台将需要与客户一起开发和实现的配套逻辑实现设计。关键的是：是由工程师来做这个设计工作，还是由“向导”前端驱动的软件来进行呢？让我们期待后续发展！