無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)在圓形堆取料機(jī)中的應(yīng)用

李金明，胡華君，高志良

目前，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)Wireless通訊技術(shù)開始在建材、港口、礦山、冶金等大型工業(yè)企業(yè)中大面積推廣應(yīng)用，因此，堆取料機(jī)設(shè)備采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)是今后的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。圓形堆取料機(jī)的工作方式是堆料機(jī)和取料機(jī)分別在圓形料場(chǎng)內(nèi)以中心柱為圓心支點(diǎn)做規(guī)律運(yùn)動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)堆料和取料。過(guò)去，老式堆取料機(jī)的控制部分需要單獨(dú)的電纜滑車拖著大量控制信號(hào)電纜來(lái)回運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行磨損很容易造成滑車接觸不良和電纜磨損斷線，繼而造成堆取料機(jī)的控制及連鎖信號(hào)丟失，最終造成設(shè)備失控停車，甚至有可能發(fā)生堆料機(jī)與取料機(jī)撞車的危險(xiǎn)。在這種情況下，堆取料機(jī)長(zhǎng)期存在著安全隱患，且人員巡檢維護(hù)工作量很大。以目前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的科技發(fā)展水平，信號(hào)可以安全、穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，因此可以將有線控制信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行傳輸，從而達(dá)到控制堆取料機(jī)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行、減少維護(hù)工作量的目的。

1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸相比傳統(tǒng)信號(hào)線纜控制的優(yōu)點(diǎn)

使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸控制方式，相比傳統(tǒng)的滑車信號(hào)電纜控制方式有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)可靠性高。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信息通訊替代了滑車控制電纜部分，所有的控制信號(hào)電纜和接線都被取消，這就大大減少了系統(tǒng)故障點(diǎn)，提高了系統(tǒng)可靠性。

（2）信息通訊量大。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，系統(tǒng)可以任意地增加所需的控制信號(hào)，信息交換量不再受過(guò)去滑車控制信號(hào)電纜數(shù)量的限制，可以將大量模擬量數(shù)據(jù)和所有故障報(bào)警信息都傳送給工廠DCS，從而實(shí)現(xiàn)工廠DCS對(duì)堆取料機(jī)設(shè)備的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（3）電氣安裝簡(jiǎn)單且維護(hù)方便。取消了滑車控制信號(hào)電纜部分后，減少了大量的控制電纜安裝接線工作，同時(shí)也減少了堆取料機(jī)控制柜和DCS I/O柜內(nèi)大量的中間繼電器和I/O模塊的使用，使安裝接線簡(jiǎn)單化，維護(hù)也更加方便。

2 無(wú)線局域網(wǎng)的發(fā)展及現(xiàn)狀

無(wú)線局域網(wǎng)WLAN是利用當(dāng)今不斷發(fā)展的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)Wireless通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。WLAN全稱為無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)Wireless Local Area Networks，是一種利用射頻技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。WLAN使用無(wú)線電波在空中進(jìn)行通信連接，可以取代舊式雙絞銅線所構(gòu)成的有線局域網(wǎng)絡(luò)，彌補(bǔ)特殊工況下無(wú)法建立有線局域網(wǎng)絡(luò)的不足，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展延伸的目的。無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡(jiǎn)單的存取架構(gòu)，使用戶由此實(shí)現(xiàn)無(wú)網(wǎng)線、無(wú)距離限制的網(wǎng)絡(luò)通訊。常用的WLAN標(biāo)準(zhǔn)802.11a使用5GHz頻段，支持最大速度為54Mbps；802.11b和 802.11g標(biāo)準(zhǔn)使用2.4GHz頻段，分別支持最大速度為11Mbps和54Mbps；802.11n標(biāo)準(zhǔn)既可以使用2.4GHz頻段也可以使用5GHz頻段，支持最大速度可達(dá)300Mbps；WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍最大可以達(dá)到5km（需要配置天線）。

菲尼克斯公司生產(chǎn)的WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊具有功能強(qiáng)大、配置簡(jiǎn)單、可靠性高、易維護(hù)性強(qiáng)等特點(diǎn)。WLAN 5100支持802.11a/b/g/n標(biāo)準(zhǔn)；支持2.4GHz、5GHz雙頻段和最大300Mbps帶寬速度；模塊工作溫度范圍可達(dá)-40°C至+60°C；支持三種工作模式，可設(shè)置為接入點(diǎn)（Access Point）、客戶端（Client）、中繼器（Repeater）；模塊安全功能符合802.11i標(biāo)準(zhǔn)，支持 WPA2、WPA-PSK、TKIP、AES；支持工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議PROFINET和Ethernet/IP；模塊的天線支持MIMO技術(shù)并且可選配IP65套裝外置盒，完全適應(yīng)工況惡劣的工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

WLAN 5100典型配置應(yīng)用接入點(diǎn)、中繼器和客戶端組網(wǎng)應(yīng)用示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 WLAN 5100典型配置應(yīng)用接入點(diǎn)、中繼器和客戶端組網(wǎng)應(yīng)用示意圖

3 無(wú)線局域網(wǎng)在圓形堆取料機(jī)上的應(yīng)用及組態(tài)

某圓形堆取料機(jī)項(xiàng)目采用WLAN 5100組態(tài)無(wú)線局域網(wǎng)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 圓形堆取料機(jī)項(xiàng)目采用WLAN 5100組態(tài)無(wú)線局域網(wǎng)示意圖

本項(xiàng)目選用三套WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊，組成一臺(tái)接入點(diǎn)、兩臺(tái)客戶端形式的無(wú)線局域網(wǎng)。安裝在堆料機(jī)電氣室的WLAN 5100設(shè)置為一臺(tái)客戶端，與堆料機(jī)控制器S7-300PLC之間進(jìn)行以太網(wǎng)通訊；安裝在取料機(jī)電氣室的WLAN 5100設(shè)置為另一臺(tái)客戶端，與取料機(jī)控制器S7-300PLC之間進(jìn)行以太網(wǎng)通訊；安裝在圓堆中心柱頂部、進(jìn)料皮帶機(jī)平臺(tái)上、位置固定的WLAN 5100設(shè)置為接入點(diǎn)，并且與平臺(tái)上無(wú)線控制箱內(nèi)的S7-1200PLC進(jìn)行以太網(wǎng)通訊。堆料機(jī)和取料機(jī)上各自的WLAN 5100作為客戶端，與中心柱頂部、進(jìn)料皮帶機(jī)平臺(tái)上作為接入點(diǎn)的WLAN 5100進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊，而且堆料機(jī)客戶端與取料機(jī)客戶端之間也可以經(jīng)由接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相互數(shù)據(jù)通訊。因工廠DCS系統(tǒng)總線通訊需要，無(wú)線接入點(diǎn)WLAN 5100與S7-1200PLC組網(wǎng)作為Ethernet轉(zhuǎn)Profibus-DP網(wǎng)關(guān)使用，工廠DCS與S7-1200PLC DP總線模塊進(jìn)行Profibus-DP總線通訊來(lái)控制堆料機(jī)和取料機(jī)。一般原料堆場(chǎng)距離原料電氣控制室都比較遠(yuǎn)，所以需要敷設(shè)光纖，采用光纖轉(zhuǎn)Profibus-DP的方法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離DP總線通訊。

初次配置WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊時(shí)，需要先用網(wǎng)線將WLAN 5100設(shè)備上的RJ45網(wǎng)口與電腦網(wǎng)口相連，然后用IPAssignment工具掃描WLAN 5100的MAC地址，掃描到MAC地址后進(jìn)行下一步，給WLAN 5100設(shè)置IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)地址。當(dāng)彈出窗口顯示IP地址設(shè)置已經(jīng)完成后，就可以在IE瀏覽器地址欄輸入已經(jīng)配置好的IP地址，進(jìn)行WLAN 5100的詳細(xì)參數(shù)設(shè)置。

WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊設(shè)置為接入點(diǎn)的基本參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖3。

圖3 WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊設(shè)置為接入點(diǎn)的基本參數(shù)設(shè)置

WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊設(shè)置為客戶端的基本參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖4。

圖4 WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊設(shè)置為客戶端的基本參數(shù)設(shè)置

注意設(shè)置為客戶端的WLAN 5100參數(shù)配置結(jié)束后，需要點(diǎn)擊一下“Scan”按鈕，客戶端無(wú)線模塊會(huì)自動(dòng)掃描接入點(diǎn)模塊的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)SSID，如圖5所示。

圖5 WLAN 5100客戶端模塊掃描接入點(diǎn)模塊的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)SSID示意圖

掃描結(jié)束后會(huì)列出網(wǎng)絡(luò)列表，選擇需要連接的接入點(diǎn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)SSID，然后點(diǎn)擊“Adopt”選項(xiàng)，客戶端無(wú)線模塊到接入點(diǎn)無(wú)線模塊網(wǎng)絡(luò)的連接匹配完畢。

接入點(diǎn)WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊診斷信息如圖6所示，顯示已經(jīng)連接了2臺(tái)客戶端設(shè)備以及客戶端設(shè)備的MAC地址、信號(hào)強(qiáng)度、通訊速率等信息。

客戶端WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊診斷信息如圖7所示，顯示客戶端設(shè)備已經(jīng)連接到接入點(diǎn)設(shè)備以及接入點(diǎn)設(shè)備的MAC地址、連接信號(hào)強(qiáng)度信息。

圖6 WLAN 5100接入點(diǎn)模塊網(wǎng)絡(luò)診斷信息示意圖

圖7 WLAN 5100客戶端模塊網(wǎng)絡(luò)診斷信息示意圖

至此，WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊接入點(diǎn)、客戶端典型應(yīng)用組網(wǎng)配置完成，通過(guò)西門子TIA軟件編程在線監(jiān)控接入點(diǎn)S7-1200PLC與各客戶端S7-300PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

WLAN 5100無(wú)線局域網(wǎng)模塊通訊安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單，可以完全代替堆取料機(jī)的控制信號(hào)電纜，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的無(wú)線數(shù)據(jù)通訊控制。取消滑車控制信號(hào)電纜接線后，系統(tǒng)故障點(diǎn)大大減少，設(shè)備故障停機(jī)率大大降低；堆取料機(jī)控制電纜磨損、斷裂以及更換造成的設(shè)備安全隱患、正常生產(chǎn)中斷的問(wèn)題得以解決；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)交換量大，開關(guān)量信號(hào)及模擬量信號(hào)的增加不再受控制電纜的限制，控制系統(tǒng)的靈活性大大提高；無(wú)線設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，檢修維護(hù)方便，節(jié)省了大量的人力物力?！?/p>