工業環境具有許多共同的屬性：它們很臟、電噪聲大，并且對射頻傳播造成許多障礙或干擾。從長期來看，消費級無線設備將很難在這種惡劣的環境下正常工作。設備必須針對運行環境進行量身定制——工業裝置不遵循標準的設計規則。現場調查很有用，但是在工業過程中存在電噪聲和移動設備、大型金屬結構，甚至工廠中水的存在都可能會對信號傳播產生重大影響。

工業無線接入點

與辦公室安裝相比，由于存在大量的信號中斷點，工業裝置需要更多的無線接入點。由于工業設施的拓撲結構，有可能必須使用定向天線。例如，一個倉庫要求使用定向天線將射頻向下引導到金屬架之間的狹窄過道上，這些金屬架可能充滿了金屬或一些會吸收射頻的材料。

在工廠車間里可能到處都是電動機和移動物體，例如叉車和高架起重機。某些制造設備需要液態冷卻劑，這些液態冷卻劑會產生蒸氣、噴霧或飛濺，從而破壞傳播或使無線設備沾上油脂或水。有些過程需要使用電弧焊，這會產生強大的廣譜噪聲信號，從而干擾很多射頻信號。

要考慮的第一個參數是工作環境。考慮到上述情況，最明顯的問題是設備外殼。選擇合適的外殼是最基本的技術指標，可以保護接入點不受環境因素的影響。

使用NEMA定義或IP分類系統的工業機柜可以簡化設計規范，但需要設備工程部門對安裝設備的特定區域進行分類。憑空想象哪些機柜適合， 并不是正確的方法，并且會導致系統過早和意外出現故障。所有工業環境都是不同的，需要逐案進行評估。

另一種選擇是將無線設備放置在惡劣環境之外，并安裝分布式天線系統（DAS），以向所需區域提供射頻；但是，這通常不切實際，并且會大大增加安裝成本。需要透徹了解通過分布式天線系統進行的信號傳播，并需要通過電纜和定向信號分路器或耦合器系統進行操作，該系統的設計可能比較困難。

由單個接入點驅動的單根天線是另一種選擇，但是在每個受控過程中，它要求在整個設施中使用多個接入點。對于小型車間，這可能是一個不錯的選擇，但對大型車間來講，這可能會有問題。 分布式天線系統的經濟性在于一個發射機可以驅動多個天線，但是必須注意確保其有足夠的功率。主要的衰減因子是電纜（按長度計）和定向分路器，它們本質上呈現定向衰減。

天線是工業無線網絡設計中的關鍵因素。在辦公室環境中，簡單的偶極天線（例如家用無線路由器上的天線）足以提供到該區域的傳播。以一個倉庫環境為例，我們可以看到在這里，選擇和放置合適的天線對于網絡的可靠運行至關重要。除了帶寬和容量方面的考慮之外，傳播也是主要考慮因素。

倉庫有大型存儲架、長過道和移動設備。貨架上的庫存將吸收并反射射頻信號，具體情況還取決于物料，例如，一個裝瓶廠可能會將裝滿瓶裝水的托盤存放在金屬架子上。這是最壞的情況，因為瓶中的水會減弱信號，而金屬擱板會反射信號。移動設備（例如叉車或揀選機）上可能會安裝無線設備。此外，保護操作人員的金屬籠也會引起常見的接收問題。金屬籠會嚴重衰減射頻信號；建議使用籠子外部的天線以獲得最佳性能。經過工業加固的接入點價格昂貴，但它們專為在這些應用而設計，可以很好的完成工作。

定向天線有幾種配置，最重要的參數是波束寬度和放大率。波束寬度是從天線傳播的射頻角度，并顯示在極坐標圖上。例如，八木天線的波束寬度很窄，在傳輸方向上是定向的。這是在極坐標圖上的-3dB點處測量的。

放大率確定信號將在給定頻率下傳播的距離。定向天線還可以通過將射頻聚焦在特定區域來避免衰減或干擾源，并且由于天線性能是互惠的，因此從聚焦區域接收信號也將獲得改善，并固有地拒絕周圍電磁干擾（EMI）源。這兩個因素均可用于確定適合該應用的天線。

條形碼讀取器需要穩定且連續的連接，以將庫存信息正確地傳輸回設施服務器。為避免帶寬問題，一般經驗是在過道的兩端安裝定向天線，以確保在整個過道上具有足夠的覆蓋范圍，并逐漸調整功率水平，以提供定義明確的傳播錐而不會產生干擾。但是，由于所有設施的配置和庫存都各不同，解決方案不能一概而論。

電氣噪聲對信號的影響

在制造業環境中，電氣噪聲和移動設備是傳播信號的主要干擾因素。從社會意義上來講，使用無線技術監視和控制設備非常具有前瞻性，并且具有顛覆性。整個設施可以像有線網絡技術一樣無人值守，無線技術為設備布置提供了更大的靈活性，并降低了實施成本。

根據使用的頻率，電氣噪聲將會導致信號中斷，或者產生或多或少的影響。在較高的頻率下，除非噪聲是由寬帶噪聲發生器（例如電弧產生設備）產生的，而該噪聲發生器在很寬的頻譜中產生電磁干擾，否則EMI的影響可以忽略不計。在更高的頻率下，EMI的影響往往可以忽略不計，除非噪聲是由寬帶噪聲發生器（如電弧發生設備）產生的，它在非常寬的頻譜中產生EMI。

低頻段（VHF和UHF）更容易受到電動機、電磁閥等產生的噪聲以及諧波的影響。在隔離情況下，屏蔽技術會有效。如果沒有適當的隔離，一個充滿電弧焊機或變頻器的房間，可能會對有線和無線網絡造成嚴重破壞。其它設備（例如線路電抗器）也可能會將磁耦合至天線電纜，并對傳輸設備造成實際損壞。與無線網路集成商探討他們的設備如何處理噪聲以及它們的噪聲抑制方法。

正確放置接入點或天線，如位于包含受控或監控設備的制造區域上方，將使射頻聚焦到該區域。這樣放置可以避免叉車或其它設備的信號反射干擾。當然，將接入點放置在設備本地是一個不錯的選擇，可以避免布線成本。

對于關鍵過程，可以在處理區域（或EMI源）周圍以及無線接入點周圍放置法拉第籠。將該區域與周圍設施電磁隔離，這樣無線連接就會穩定且連續。但是，這是一個昂貴的選擇，僅用于關鍵過程以及常規網絡布線不可行的地方。

無線網絡的安全問題

在實施工業無線前，對工業設施進行調查和辦公室項目調查的規則不同。在辦公室調查中，目標是提供覆蓋范圍和容量，同時確定衰減的區域和來源，例如混凝土電梯井道和微波爐。非法接入點也是進行后續調查的主要因素。工業現場調查的重點是覆蓋范圍和容量，但也要確定潛在的、會導致信號干擾的EMI來源，來自于移動設備的周期性干擾和反射，還必須確定工藝特定的材料、液體和處理設備的位移，以便設計周邊。

應注意將工業無線網絡與企業網絡分開。網絡安全和適當的網絡衛生是整個系統設計的重要組成部分。使用強大的防火墻來提供受控的訪問權限，允許授權人員升級設備或將新程序加載到機床或掃描儀中。

入侵檢測系統無論是集成的還是疊加的，對于自動化或聯網設施都是一項不錯的投資。基于培訓、設備選擇和監控的防御層，將為設施提供足夠的保護，使其免受攻擊。但是，這不能代替監控和警惕。

隨著無線技術變得更加魯棒和物美價廉，它的應用也將變得更普及。消除布線為企業提供了更多機會：靈活性、效率以及盈利能力的提升，所有這些都可以通過無線網絡實現。機械或生產設備可以移動而無需擔心網絡布線，并且可以以更高效、更節省空間的方式進行分組。

基于正確的調查和知情的設計決策，可以在嚴苛的工業環境中安裝魯棒且穩定的無線網絡。從可靠性和穩定性的角度來看，企業具有經過培訓和認證的無線專業人員至關重要。

重要工藝流程的中斷，會導致大量意外費用和材料損失。花些時間徹底了解不同工業環境的特殊性，使無線設備與該環境正確匹配是成功實施的秘訣。
責任編輯：tzh