浙江配资门户网100%自主研发的无线窄带物联通信系统

在工业4.0的浪潮中，“实时性”和“可靠性”是工业控制的核心命题。一条产线的机械臂能否精准响应指令？一台重型设备的远程操控信号是否会因为干扰而中断？这些问题的答案，直接决定了生产效率与安全。

传统工业通信方式包括串口通信、网口通信、PLC通信和无线通信，不同的通信方式其优劣势和应用场景各不相同。

常见的工业通信方式有哪些？

串口通信

串口通信是一种点对点的通信方式，通过串行传输逐位发送数据，常见的串口协议包括RS-232、RS-485和RS-422。

● RS-232是一个早期串口标准，传输速率低，通信距离短（15米以内），常用于老式工业设备或PC与设备的直接连接。

● RS-485支持多点通信，最大可支持32个设备，通信距离长（1200米），适用于多设备总线通信，如传感器网络和工业总线。

● RS-422的抗干扰能力强，适合长距离高速传输，因此常应用于设备间的长距离高速通信。

但串口通信也存在带宽低、数据传输速率低、难以实现多设备通信、缺乏协议灵活性、需要额外开发应用层协议等缺点。

网口通信

网口通信是基于局域网或广域网传输数据，依靠以太网协议(TCP/IP、UDP)进行通信，广泛应用于工业设备联网和远程监控。

● TCP/IP通信是基于连接的通信，数据可靠，有确认机制，适用于需要高可靠的数据传输场景，如工业设备监控等。

● UDP通信是基于无连接通信，传输速率高，但不保证数据可靠性，适用于实时性要求高但对数据丢失不敏感的场景，如视频传输或状态广播。

网口通信的带宽高，支持高速数据传输，且支持多点通信，可基于网络拓扑，轻松实现设备联网，同时支持远程控制，可跨网关实现远程设备管理。但网口通信配置较复杂，需要网络设备（交换机、路由器等）支持，且通信硬件和部署成本更高。

PLC通信

PLC通信是指工业自动化中，PLC与其他设备（如传感器、HMI、人机界面等）之间的数据交互，PLC通常通过串口或网口通信，但基于工业自动化需求开发了专用协议，如Modbus、Profibus、EtherCAT、CAN 等。

● Modbus（RTU/TCP）主要适用于PLC与传感器或执行器通信，通采用主从通信模式，通信结构简单，易于实现。Profibus/Profinet是由西门子主导的通信协议，支持大规模网络，实时性好，常适用于复杂工业自动化系统。

● EtherCAT是一种高速实时工业以太网协议，支持多设备同步，适用于高实时性、多轴控制系统。

● CAN(Controller Area Network)是一种多主模式的串行通信协议，实时性好，抗干扰能力强，主要用于汽车网络中，但也广泛应用于其他工业领域。

无线通信

无线通信技术突破线缆部署限制，大幅降低网络建设和运维成本，降低信号采集控制难度，常见的工业无线通信包括WirelessHART、NB-IoT、5G Red_Cap、WiFi、Zigbee、TPUNB等。

● WirelessHART是首个开放式无线通信标准，专门用于满足流程工业对实时工厂应用中可靠、稳定及安全无线通信的需求。WirelessHART协议是一种主从通信协议，其中主设备发起所有交易并接收来自从设备的响应，该协议支持多台设备连接到一个网络中，并允许多个主设备同时运行。

● NB-IoT是一种低功耗广域网（LPWAN）通信技术，它利用窄带宽频谱实现设备间的连接，具有广覆盖、低功耗、低成本和大连接的特点，能够满足大量设备在不同工业场景下的通信需求，如工业设备远程监控、环境监测、能源管理等领域。

● 5G Red_Cap是一种轻量化的5G通信技术，它具有较低的数据带宽，成本更低，功耗更少，同时5G RedCap的延迟与现有4G LTE技术相当，这意味着5G RedCap可以支持需要接近实时数据通信的应用，例如工业自动化和智能电网应用。

● WiFi是一种基于802.11协议的无线局域网接入技术，其突出优势在于它有较广的局域网覆盖范围，覆盖半径可达100米左右，传输速度可以达到150Mbps（802.11c）。适合高速数据传输的业务，无须布线，可以不受布线条件的限制，非常适合移动办公用户的需求。

● Zigbee是基于IEEE802.15.4标准而建立的一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点有以下几个：

功耗低：在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个终端工作6-24个月，甚至更长；

成本低：ZigBee免协议费，芯片价格便宜；

低速率：通常ZigBee在20-250kbps的较低速率工作；

短时延：ZigBee的响应速度较快等。

● TPUNB是技象科技聚焦物联网底层硬核关键技术，采用基于国际首创的S-FSK低功耗广域物联网技术的的超远距离无线传输技术，100%自主研发的无线窄带物联通信系统，具备高安全性、抗强干扰、多并发、低成本、易部署等特点。

工业控制场景的通信难点与痛点

复杂环境下的信号干扰问题

工业现场环境复杂，存在大量电机、变频器等设备，这些设备运行时会产生强烈的电磁干扰，导致传统通信信号不稳定，数据传输易出错。例如，在钢铁厂的高炉车间，电磁干扰可能导致控制信号中断或失真，影响高炉的正常运行，甚至引发安全事故。

设备分散部署的通信难题

工业设备往往分布范围广，且位置固定，如大型油田的抽油机、风力发电场的风机等，设备之间的距离可达数公里甚至更远。传统有线通信布线困难，成本高昂，而无线通信又存在信号覆盖不足、网络容量有限等问题。以海上石油平台为例，设备分散在广阔的海域，有线通信布线几乎不可行，而传统无线通信难以实现稳定覆盖。

实时性要求高的控制挑战

许多工业控制过程对实时性要求极高，如自动化生产线上的机器人协同作业、半导体芯片制造中的精密加工等。传统通信技术存在延迟，难以满足微秒级甚至纳秒级的控制时延要求。在汽车制造的焊接车间，机器人之间的协同焊接需要精确到毫秒级的时延控制，传统通信技术难以胜任。

安全性和可靠性面临的考验

工业控制系统涉及企业核心生产数据和关键工艺流程，一旦遭受网络攻击或通信故障，将导致生产停滞、设备损坏，甚至引发环境污染等严重后果。传统通信网络的安全防护能力有限，难以抵御复杂的网络攻击。在化工企业的生产控制系统中，若通信网络被黑客入侵，可能导致危险化学品泄漏等重大安全事故。

功耗与维护成本的双重压力

工业设备通常数量众多，且运行时间长，通信模块的功耗直接影响设备的能源消耗和维护成本。传统通信技术功耗较高，需要频繁更换电池或增加电源供应，增加了企业的运营成本。在大型物流仓库的自动化仓储系统中，大量的传感器和控制器若采用高功耗通信模块，将导致电池更换频繁，维护工作量巨大。

工业控制场景的全新通信技术范式

由前文可知，在工业场景中，往往需要安装大量的传感器以获取设备工作效率以及运营维护所需的宝贵信息。然而传统工业通信技常受限于高时延、抗干扰能力弱、传输距离短、维护成本高等痛点，难以满足复杂工业场景的需求。

技象科技100％自主研发的TPUNB无线窄带物联通信系统，凭借“确定性时延”、“强抗干扰能力”、“超强覆盖能力”、“灵活组网”等优势，为工业控制场景提供一种全新的通信技术范式。

确定性时延，满足实时性需求

针对工业场景中提出的通信时延需求，技象科技对 DSME（确定性同步多通道调度可拓展）调度算法进行了定制优化，利用时隙分配和时隙保留机制来避免碰撞和冲突，提高网络的吞吐量和可靠性。典型配置下支持每秒80个终端数据交互，传输成功率高达99.9％，可以应对复杂的工业场景下实时可靠的数据上报和指令下达。

强抗干扰能力，保障信号稳定传输

TPUNB采用S-FSK调制技术，通过联合SIMS扩频与联合扩频调制解调技术（JSM）调制，比传输直接序列扩频提供10dB以上增益，具备更强的抗干扰能力。在强电磁干扰环境下，TPUNB信号能够保持稳定传输，确保工业控制指令的准确下达。

超强覆盖，搭建安全可靠稳定专网

通过TPUNB基站、网关、模组等网元设备，可搭建一个安全、稳定、可靠的物联专网，实现网络覆盖范围内大量感知终端的超低功耗连接，为智慧工厂的决策提供数据支撑。

TPUNB有多款网元设备，可满足不同工业场景的覆盖需求。如TP8606网关空旷范围覆盖半径可达8km，提供室外公里级信号覆盖；小型室内网关TP2108覆盖信号最高可上下穿透11层楼，通信中继TP5200可实现数据的中继传输，从而延伸专网的覆盖范围，轻松实现工厂车间等场景的全域覆盖，减少网关设备部署量，节约组网成本。DTU TP5600系列可以对原有线传输的感知设备进行升级改造，将有线数据传输转为TPUNB无线数据通信，且支持即插即用，无需复杂的配置调试。

灵活组网，满足不同场景组网需求

TPUNB支持多种组网模式，包括星型、树型、Mesh及点对点等，能够根据工业现场的布局灵活搭建通信网络。同时TPUNB突破多场景混合组网技术，采用中心与无中心混合组网，实现灵活可延伸的组网拓扑。

TPUNB引领工业控制无线通信时代

智能工厂的设备管理

在智能工厂中，TPUNB通信技术可实现对工厂内各类设备的集中管理和远程监控。通过TPUNB网络，管理人员可在监控中心实时查看设备的运行状态、能耗数据等信息，并进行远程维护和故障诊断。例如，在机械制造企业的智能工厂，TPUNB技术可实现对数控机床、加工中心等设备的远程监控和管理，提高设备的利用率和维护效率。

能源管理与监控

在能源企业中，TPUNB通信技术可实现对能源生产、传输和使用过程的实时监控。通过部署TPUNB传感器和网关，可对油井、风机、变电站等设备的运行数据进行采集和传输，实现能源的精细化管理和高效利用。

远程设备诊断与维护

在工业设备的远程诊断与维护中，TPUNB通信技术可实现设备与维护中心的实时通信。通过TPUNB网络，维护人员可远程获取设备的运行数据和故障信息，进行远程诊断和维护指导。例如，在矿山企业的远程设备监控系统中，TPUNB技术可实现对矿山机械设备的远程诊断和维护，减少设备停机时间，提高生产效率。