無線以太網(wǎng)技術(shù)在鋁擠壓機(jī)后部處理生產(chǎn)線上的應(yīng)用

楊 濤，周志遠(yuǎn)，楊 建

(中國重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

0 前言

近年來我國高鐵、輕軌、地鐵等大量開工建設(shè)，促進(jìn)了市場(chǎng)對(duì)鋁型材的進(jìn)一步需求。鋁擠壓機(jī)后部處理設(shè)備是生產(chǎn)鋁型材的重要設(shè)備，主要用于牽引、淬火、冷卻、拉伸矯直、切割各類擠出的鋁合金型材。鋁擠壓機(jī)擠出型材后，經(jīng)牽引機(jī)的長距離牽引進(jìn)入出料輥道。經(jīng)冷床冷卻，傳輸至過橋由拉伸機(jī)拉伸矯直。針對(duì)牽引機(jī)和拉伸機(jī)行走距離長、不易布線的特點(diǎn)，本文采用無線以太網(wǎng)通訊技術(shù)來解決移動(dòng)分布站的通訊問題。

1 硬件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成

1.1 無線以太網(wǎng)硬件組成

后部處理生產(chǎn)線設(shè)備分散、控制點(diǎn)較多、程序量大任務(wù)繁重，控制系統(tǒng)PLC選用美國AB公司的CompactLogix系列PLC，其運(yùn)算速度快，內(nèi)存大，具備多任務(wù)處理和簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)控制等功能。選用1.5M內(nèi)存的CPU 1769－L35E，擁有一個(gè)EtherNet/IP端口和一個(gè)RS 232串行端口。通過EtherNet/IP端口，可支持30個(gè)本地I/O模塊的控制，并可作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)布診斷和狀態(tài)信息。主副牽引機(jī)等分布站選用1734系列POINT I/O，其體積小巧、配置靈活、成本低廉，且具有完善的診斷功能和可配置特性，在網(wǎng)絡(luò)的任何位置都可以通過EtherNet/IP訪問。無線通信選用MOXA公司的AWK－3121系列模塊。AWK－3121模塊安裝方便，具備寬溫操作、IP30防護(hù)等級(jí)以及LED工作故障指示，適合于工業(yè)無線應(yīng)用。其協(xié)議族802.11a/g支持高達(dá)54M bps的數(shù)據(jù)通信速率，具有64位和128位 WEP(Wired Equivalent Privacy)，可通過TFTP或HTTP訪問模塊或升級(jí)其Firmware。

1.2 無線以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于主副牽引機(jī)和尾架設(shè)備運(yùn)動(dòng)行程長達(dá)60m，且牽引機(jī)在高速放料時(shí)時(shí)速為3m/s以上，依靠傳統(tǒng)的拖鏈布線控制分布站設(shè)備，既昂貴又不實(shí)用，本文采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。牽引機(jī)和尾架設(shè)備上的分布站通過EtherNet/IP適配器模塊1734－AENT與無線通信模塊AWK－3121連接，作為Client從站的AWK－3121。通信模塊把采集到分布站的信息以無線電波的形式發(fā)送給主站上的AP。作為AP的AWK－3121通過以太網(wǎng)交換機(jī)把收到的信息傳送給CPU，同時(shí)又把CPU處理更新后的數(shù)據(jù)發(fā)送給Client從站。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 無線以太網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Network structure of wireless Ethernet

主副牽引機(jī)變頻器通過工業(yè)以太網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆植颊驹O(shè)備位置、狀態(tài)信息來控制主副牽引機(jī)設(shè)備。三個(gè)AB HMI觸摸屏可調(diào)節(jié)變頻器的參數(shù)，顯示變頻器工作狀態(tài)，并對(duì)分布站設(shè)備進(jìn)行時(shí)實(shí)監(jiān)控。

1.3 無線以太網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃

在系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)，為分布站模塊和無線通信模塊規(guī)定不同的IP地址，所有的模塊地址必須和CPU的地址在同一網(wǎng)段內(nèi)。無線AP通過傳統(tǒng)網(wǎng)線方式與局域網(wǎng)聯(lián)結(jié)，并發(fā)射無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。帶有無線網(wǎng)卡的筆記本可接受無線AP發(fā)出的無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，如想要筆記本接入網(wǎng)絡(luò)訪問CPU或任何在網(wǎng)絡(luò)上的其他從站，也需分配一個(gè)該網(wǎng)段的不同IP地址。通過無線網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控或修改程序，徹底擺脫了傳統(tǒng)的電纜連接的束縛。

對(duì)于1769 CompactLogix PLC來說，內(nèi)置的EtherNet/IP端口允許通過的最大連接數(shù)為32個(gè)，因此在分布站組態(tài)規(guī)劃時(shí)，可將數(shù)字量I/O模塊統(tǒng)一選擇為機(jī)架優(yōu)化方式通訊。一個(gè)機(jī)架優(yōu)化連接能將控制器和機(jī)架上所有的數(shù)字量I/O模塊連接合并使用，且只占用端口的一個(gè)連接。

1.4 無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

MOXA AWK-3121模塊默認(rèn)的初始地址是:192.168.127.253，通過IE瀏覽器訪問登陸。如果是首次登陸，輸入MOXA默認(rèn)的用戶名和密碼，進(jìn)入?yún)?shù)配置界面，如圖2所示。

圖2MOXA參數(shù)界面Fig.2 Interface of MOXA parameters

參數(shù)配置界面左邊是樹形目錄，可以查看或配置此通訊模塊的相關(guān)參數(shù)信息。在概覽界面可以查看模塊的一些基本信息，如設(shè)備名稱、設(shè)備在線時(shí)間、硬件版本等信息。在基本設(shè)置頁面里，可以設(shè)置模塊IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等參數(shù)。在無線設(shè)置頁面里，可以確定系統(tǒng)模式和信道及Rf Type等參數(shù)。高級(jí)無線設(shè)置頁面如圖3所示。

圖3 高級(jí)無線設(shè)置頁面Fig.3 Page of advanced wireless settings

傳輸速率設(shè)為自動(dòng)，由通信模塊根據(jù)情況自動(dòng)進(jìn)行速率調(diào)節(jié)。傳輸功率選擇100%最大輸出功率。AWK－3121無線通信模塊信號(hào)傳輸距離范圍為500～10000米，對(duì)于擠壓機(jī)后部處理生產(chǎn)線來講，設(shè)備的最大通信距離在100米左右，因此傳輸距離選擇最小值500米，并取消信號(hào)增強(qiáng)功能 (Transmission Enhancement)。

2 應(yīng)用情況

無線以太網(wǎng) (WLAN)技術(shù)起源于1971年，是用無線電波方式傳輸信息的無線局域網(wǎng)絡(luò)，它是有線以太網(wǎng) (LAN)的無線擴(kuò)展，具備協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化、小型靈活、低成本、抗干擾性強(qiáng)、高帶寬、數(shù)據(jù)傳輸率高的優(yōu)勢(shì)。鋁擠壓機(jī)后部處理設(shè)備應(yīng)用無線以太網(wǎng)技術(shù)后，擴(kuò)大了設(shè)備的控制范圍和距離，長達(dá)10公里的數(shù)據(jù)傳輸足以滿足一般工廠內(nèi)的無線監(jiān)控。經(jīng)過兩年多的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用來看，使用效果良好。

3 結(jié)束語

無線以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在鋁擠壓機(jī)后部處理生產(chǎn)線上，解決了長行程設(shè)備布線難的問題。應(yīng)用無線以太網(wǎng)技術(shù)不僅節(jié)省了大量電線、電纜，降低了系統(tǒng)的安裝難度，減少了硬件投資，而且其組網(wǎng)方便靈活，新增設(shè)備入網(wǎng)方便快捷，便于以后的系統(tǒng)擴(kuò)容。設(shè)備維護(hù)人員可以用帶有無線網(wǎng)卡的電腦在工廠的任意位置訪問網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控維護(hù)設(shè)備，十分便捷。

［1］ ControlLogix用戶手冊(cè) ［Z］．羅克韋爾自動(dòng)化公司 ，2006．

［2］ Moxa AirWorks AWK － 3121 User's Manual，Third Edition［Z］．摩莎MOXA，2009．

［3］ Logix5000控制系統(tǒng)的EtherNet/IP模塊用戶手冊(cè)［Z］．羅克韋爾自動(dòng)化公司，2005．