浅谈5G无线技术在工业设备中的应用
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摘要：随着工业领域智能化发展，无线通讯技术逐步普及应用，大多工业应用采用2.4G无线技术，而5G通讯就是无线通讯网络发展中的第五代无线WIFI传输技术，也可称为5G无线WIFI，较比之前的通讯技术而言，5G无线WIFI在传输速度、数据带宽、通讯延时、抗干扰能力等方面均有更加强大的功能。对于工业现场设备应用来说，其在现场设备无线通讯控制过程中会有更加明显的优势和效率的提升。
关键词：5G/2.4G/WIFI;AGV控制系统;AGV无线通讯
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）12-0064-01
WIFI的誕生可以实现电脑、手机等终端设备以无线通讯的方式实现联通。也可理解为无线上网，目前智能家用设备大多都会支持WIFI上网，已成为当今社会最常用的无线网络传输技术。该技术简单实用，家庭中可将传统的有限路由器换成无线路由器，通过简单的参数设置即可达到无线网络共享[1]。WIFI（Wireless Fidelity）是一种无线局域网技术的品牌认证。第一代的WIFI技术的标准化标号其实的802.11，于1997年由美国电气电子工程师协会（IEEE）制定，主要是为了让不同品牌的无线网络设备之间实现通讯兼容[2]。现有工业现场大多运用第四代2.4Ghz无线WIFI，而与之相比应用5G无线WIFI主要优势有以下几个方面：（1）数据传输更快，能够避免网络信号堵塞。5G WIFI数据理论传输速度最高可达到1Gbps，远远超越2.4G传输速度，可实现秒传125MB[3]。（2）网线供电，节省独立电源。在同一时间内5G传输数据更多，设备长时间运行在低功率状态，可使用网线自行供电，节省独立外接电源。（3）抗干扰能力强，信号稳定。工业现场常用手机、笔记本电脑、各种外围移动通讯设备均使用2.4G频段通讯，很容易产生信号干扰，而5G频段使用较少，使用5G通讯可实现无线通讯专属频道，极大提升信号质量，降低无线电干扰。本文介绍5G无线通讯在在通用汽车工业设备生产过程中的应用。
1通用汽车生产线设备AGV（自动引导小车）控制系统组成
AGV系统由无线通讯电台、天线、控制台计算机、交换机、电源、外围设备等组成，控制台是AGV的中央管理器，采用无线通讯技术，通过无线电台进行上级管理计算机与AGV车载控制器及外围设备的信号交互，实现AGV小车的自动调度运维，其主要功能如下：（1）任务分配：可根据系统中外部配合信号情况及AGV系统的当前状况决定是否产生系统任务，并按一定的原则指派合适的AGV去完成任务。（2）调度管理：设备通过WIFI接收来自上级计算机指派的不同任务，从而实现自动运行;各小车本身无法主动实现个体之间的路线选择或路口让行，控制台通过WIFI查看各个设备的位置与状态，判断是否可能发生碰撞的情况，并发出停车或避让的指令，暂时停止低优先级设备的运行，在碰撞的可能性消失后，发出指令解除设备停车指令，允许设备继续运行。（3）设备自动充电：当设备系统中有多个充电机或多个站点公用充电机时，AGV系统控制台负责协调各小车的充电先后顺序与时间，确保小车运行所需的电量处于健康状态;当发现有优先级较高的任务产生后，控制台可强制解除指定某台设备的充电操作。（4）与周边设备进行通讯联络：设备可通过无线网络与上级管理计算机进行实时通讯，自动上报AGV系统设备的运行状况，并通过无线网络传递接收上级管理计算机命令，使AGV的移载动作与地面移载设备之间进行互锁。
2 AGV（自动引导小车）无线通讯系统组成
（1）天线是控制台与AGV之间无线网络通讯高频调制信号的发送与接收装置，系统中每个电台使用两根6dB全向天线，使用IEEE802.11a的无线通讯协议，通讯频率为2.4GHz。（2）通讯电台通过专用电缆与天线相连，通过标准RJ45接口与集线器相连，进行数据信号调制、驱动与收发预处理。AGV系统中的电台分两种，AGV车载电台是单口无线适配器（SA），控制台使用的是无线接入点（AP），是系统通讯的主站，所有车载SA电台必须通过AP电台接入系统网络。本系统中AP电台在同一位置布置2套，同时使用并互为备用。（3）集线器用于连接计算机与电台的网络通讯信号，AGV系统控制台计算机、无线接入点均使用RJ45接口接到集线器，由集线器负责网络信号的转发，因而集线器是系统网络物理连接的中心点。整个AGV系统还可以通过集线器的级连功能接入生产车间的网络系统。（4）电源为计算机、集线器及外部IO信号提供所需的电源。
3 AGV系统无线通讯应用
（1）设备无线调度：AGV系统控制台通过无线AP对小车充电站及移载站进行管理，当有一台AGV需要充电时，控制台通过AP传输信号到SA分配该AGV充电任务，并将充电节点设置为该AGV专用，禁止其它AGV分配进入该节点的任务;如果有AGV进入不了移载节点，该AGV会将信号通过SA传输到AP使控制台对该节点进行任务判断。基于无线通讯技术的应用，对于正在运行出入库任务的AGV，如果在没完成上下货任务时AGV因故退出运行（如急停按钮被按下），则只需在AGV本次任务运行过的节点上重新进行一次上线操作即可恢复原任务的运行。（2）故障信息传递：当AGV出现一般的故障时，会通过SA将故障信息传输到AP，此时控制台将会报警，并显示故障原因。（3）2.4GWIFI状态：现场AGV设备使用的2.4GWIFI，在运行过程中经常出现通讯中断及因通讯引起的避碰异常等问题，通过使用信号测试软件INSSIDER对现场进行监控，发现同一个通讯通道有多个其他设备共同使用，同时监控发现AGV设备通讯的信号电平很不稳定，在50-70dBm之间波动，可判断存设备在2.4GWIFI下运行存在无线通讯干扰。
4 5G无线技术的应用
（1）通过智能制造工作的开展，结合5G无线技术的应用，我们对现场AGV控制系统的无线通讯进行升级改进，通过自主重新配置所有无线电台系统参数，将所有AGV车载电台和控制台电台由原有2.4G升级为5G无线通讯，升级后现场无线通讯设备使用专一通道进行通讯，可避免信号干扰产生。（2）采用5G无线技术后，通过使用监控软件INSSIDER查验后可发现现场设备通讯的信号电平很稳定，在20-30dBm之间，现场设备问题得到有效解决。（3）经过实践应用证明，无线技术具备优越的传输速度、抗干扰能力和稳定性，更为突出的是，5G无线技术在工业设备的安全生产、提升效率等方面发挥了重要的作用。 參考文献
[1] 叶文彬.5G无线网络下的智能干扰管理技术研究[J].中国新通信，2017，19（8）：96-97.
[2] 翟冠楠，李昭勇.5G无线通信技术概念及相关应用[J].电信网技术，2013（9）：2-4.
[3] 余世平.基于5G移动通信技术的物联网应用分析[J].电子世界，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
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