王詩凱，何 佳，符國建

（上海工具廠有限公司，上海 200093）

0 引言

數(shù)控設(shè)備及系統(tǒng)的發(fā)展日益功能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化，對工廠的輔助設(shè)施的配套要求也逐漸增加，新建工廠配套完整。而已建工廠新設(shè)備引進過程中在常規(guī)電、氣、液的必須配套的情況下，許多數(shù)控設(shè)備在激活及調(diào)試的過程中，都需要廠家聯(lián)網(wǎng)調(diào)試及激活。已建工廠在早期規(guī)劃中未考慮到網(wǎng)絡(luò)需求環(huán)節(jié)，單獨鋪設(shè)網(wǎng)線費時、費力且由于使用頻率少經(jīng)濟性差。許多進口設(shè)備都搭載基于西門子840D 數(shù)控系統(tǒng)，在調(diào)試中及其復雜。有時由于現(xiàn)場提出新要求則利用系統(tǒng)自帶TeamViewer 軟件遠程聯(lián)網(wǎng)境外廠家技術(shù)進行修正和更新。在已處于正常生產(chǎn)中工廠車間單獨鋪設(shè)網(wǎng)線費時、費力。

無線網(wǎng)橋利用WiFi 2.4G高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)配合內(nèi)置定向天線聚集無線信號，在工廠上空架起了一條隱形的網(wǎng)線（圖1）。

1 各類網(wǎng)絡(luò)通信方式在數(shù)控設(shè)備上的應(yīng)用

目前數(shù)控設(shè)備通信方式分為以太網(wǎng)接口RJ45 與串口RS232（圖2），其中串口RS232由于傳輸距離近和速度低對接口線纜要求較高，并還需要配合PC 接口使用已逐漸淘汰。取而代之以太網(wǎng)接口RJ45具有接口通用、高速穩(wěn)定、長距離傳輸?shù)葍?yōu)勢，逐漸在各類新型數(shù)控設(shè)備上使用，承擔內(nèi)部總線及外部聯(lián)網(wǎng)作用。

圖1 無線網(wǎng)橋?qū)嵨?/p>

圖2 左側(cè)RS232 右側(cè)RJ45網(wǎng)絡(luò)接口

以太網(wǎng)接口RJ45 是常見的網(wǎng)線接口，使用雙絞線+水晶頭組合。優(yōu)勢在于其通用轉(zhuǎn)換性，在數(shù)據(jù)傳輸時兩端都為以太網(wǎng)接口RJ45，中間部分在無法有效使用雙絞線連接時可根據(jù)現(xiàn)場情況通過其他接口或線纜轉(zhuǎn)換使用。如：光纖收發(fā)器（光通信）、電力貓（電力通信）、無線網(wǎng)橋（無線通信）、4G 傳輸（移動通信）。

2 無線網(wǎng)橋系統(tǒng)構(gòu)成

無線網(wǎng)橋系統(tǒng)主要由發(fā)送端（AP）、客戶端（Client）、管理端（路由器、AP 管理器、PC 電腦）組成（圖3）。其中發(fā)送端與客戶端設(shè)備為相同設(shè)備可根據(jù)終端網(wǎng)絡(luò)位置需要功能互換使用（即終端網(wǎng)絡(luò)可以是辦公室網(wǎng)絡(luò)端也可以是數(shù)控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)端）（圖4）。管理端主要負責WAN 終端網(wǎng)絡(luò)接入（互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)）分配LAN 端口IP 地址，根據(jù)工廠實際網(wǎng)絡(luò)情況選用路由器作為管理端配置網(wǎng)橋。

2.1 硬件構(gòu)成及性能

2.1.1 無線網(wǎng)橋端

使用無線網(wǎng)橋型號為水星MWB201 套裝系列。該無線網(wǎng)橋主要由子母兩個網(wǎng)橋構(gòu)成，采用802.11n 技術(shù)，無線傳輸速率達300 Mbps。內(nèi)置高增益雙極化天線，保證信號強勁穩(wěn)定傳輸，無線傳輸距離可達1 km（圖5）。配有獨立保護電路，當設(shè)備工作異常時，即可自動重啟，無需人工干預(yù)，管理更為簡便。

圖3 無線網(wǎng)橋典型點對點傳輸系統(tǒng)

同時在供電方面除常規(guī)電源適配器接口外還具備Passive PoE 供電方式（圖6），能通過Passive PoE 供電模塊，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號和電力的一體傳輸（在應(yīng)用中無需使用，但在特殊工況下經(jīng)試驗在60 m 內(nèi)能100 M滿速傳輸，可有效節(jié)省的布線距離）。

圖4 無線網(wǎng)橋接口部分主子端切換

圖5 左側(cè)雙極化天線結(jié)構(gòu)右側(cè)扇形信號覆蓋方式

在該網(wǎng)橋WEB管理系統(tǒng)中，提供人性化設(shè)置，無線網(wǎng)橋發(fā)射功率線性可調(diào)，同時支持設(shè)備工作參數(shù)集中查看功能，實時掌握設(shè)備工作狀態(tài)（圖7）。

圖6 PoE 供電接線及PoE 供電模塊實物

圖7 無線網(wǎng)橋內(nèi)置管理界面

無線網(wǎng)橋在子主端硬件配對時內(nèi)置智能指示燈，通過自動運算距離與信號強度、應(yīng)用數(shù)據(jù)的關(guān)系，科學選擇最佳信號擺放位置，并通過指示燈的數(shù)量顯示型號強度，能快速找到對應(yīng)的布置點位（圖8）。

2.1.2 路由管理端

使用路由管理端為普聯(lián)企業(yè)VPN 路由器TL-R478（圖9），端口傳輸速度為百兆，由于在無線網(wǎng)橋應(yīng)用中主要以無線網(wǎng)橋為主，路由管理端不做詳細介紹（路由管理端在工況條件可以的情況下，可靈活使用普通、商用有線或無線路由，由于WAN口速度較低不建議使用，其他均可。其主要功能在于PPPOE 撥號上網(wǎng)或靜態(tài)IP 端上網(wǎng)即可，并配合靜態(tài)路由配置實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)互訪）。

2.2 軟件構(gòu)成及功能

2.2.1 無線網(wǎng)橋端

圖8 無線網(wǎng)橋側(cè)邊信號燈

提供AP（發(fā)送端或主端）、Client（客戶端或子端）兩種工作模式，可通過WEB 管理系統(tǒng)集中查看無線信號質(zhì)量、射頻狀態(tài)、無線客戶端等系統(tǒng)工作參數(shù)，實時監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)。

2.2.2 路由管理端

由于工廠網(wǎng)絡(luò)配置因素，采用配置靜態(tài)IP 端實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)訪問，同時根據(jù)需求設(shè)置相應(yīng)的靜態(tài)路由表及端口轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)PC 端訪問。

20世紀70年代，山東革委地質(zhì)局在萊蕪胡家莊地區(qū)開展了以評價含稀土碳酸巖為主的普查找礦工作，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的含稀土碳酸巖具有較重要的經(jīng)濟和研究價值。

2.3 組網(wǎng)方式

應(yīng)用中為點對點對等網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)傳輸方式，由于一般只需要數(shù)控設(shè)備RJ45 網(wǎng)絡(luò)口通過無線網(wǎng)橋后再經(jīng)路由管理端連接互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)遠端PC 即可。并可根據(jù)實際使用情況在單臺數(shù)控設(shè)備或多臺數(shù)控設(shè)備同時經(jīng)過無線網(wǎng)橋進行聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，只需增加或減少無線網(wǎng)橋客戶端硬件數(shù)量即可（圖10）。同時還能利用無線網(wǎng)橋在多臺數(shù)控設(shè)備組網(wǎng)的情況下，實現(xiàn)星型拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使數(shù)控設(shè)備不僅能單獨訪問互聯(lián)網(wǎng)遠端PC，且還能相互通信復制數(shù)控程序文件。

圖9 應(yīng)用中TL-R478 路由器實物

3 無線網(wǎng)橋現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 應(yīng)用背景介紹

螺紋刀具廠生產(chǎn)車間建成時間較長，以前都是些普通機床和簡易數(shù)控設(shè)備無需網(wǎng)絡(luò)配置，故全車間只有兩個網(wǎng)絡(luò)端口分布于生產(chǎn)線兩端且年久傳輸不穩(wěn)定（圖11、圖12）。從前年開始新引進的數(shù)控設(shè)備軟件和硬件配置較高，在外方技術(shù)員安裝調(diào)試和后續(xù)使用中出現(xiàn)故障時都需要網(wǎng)絡(luò)支持遠程德方廠家技術(shù)操作。而這些新設(shè)備的定置點往往又根據(jù)工段生產(chǎn)及工藝順序安置較為分散。如果布設(shè)網(wǎng)線，首先是使用頻率低（新機調(diào)試和軟件升級時才用）；其次是終端交換機在二樓辦公室，造成整體布線距離較長，綜合成本和時間不經(jīng)濟。

圖10 利用無線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)多設(shè)備星型拓撲網(wǎng)絡(luò)

圖11 車間網(wǎng)絡(luò)端口及所需網(wǎng)絡(luò)數(shù)控設(shè)備分布簡圖

3.2 硬件設(shè)備與軟件配置

3.2.1 硬件設(shè)備

2 臺水星MWB201 無線網(wǎng)橋，1 臺普聯(lián)路由器TLR478，2 m 成品網(wǎng)線（符合CAT.5e 及以上標準）3 根。

圖12 二樓辦公室安裝無線網(wǎng)橋主端

3.2.2 軟件配置

（1）無線網(wǎng)橋配對設(shè)置，子、主端無線網(wǎng)橋分別通電開機并相互靠近時期自動識別配對，在經(jīng)過約30 s 的識別后完成自動配對。最后分別通過其LAN 接口再經(jīng)過PC 端登錄WEB 管理界面進行最終確認即可（圖13）。

（2）路由管理端靜態(tài)IP 設(shè)置，路由器通電開機后使用網(wǎng)線連接任意LAN 接口至PC 端登錄WEB 管理界面，在上網(wǎng)設(shè)置中選擇靜態(tài)IP 后填寫相應(yīng)IP、網(wǎng)管、子網(wǎng)掩碼、DNS 服務(wù)器后按系統(tǒng)提示重啟即可（圖14）。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用方式

（2）使用1 根網(wǎng)線分別接入路由器及無線網(wǎng)橋發(fā)送端（主端）LAN 接口，無線網(wǎng)橋通電開機并將定向天線朝向所需聯(lián)網(wǎng)數(shù)控設(shè)備位置安裝（圖15）。

（3）使用1 根網(wǎng)線分別接入數(shù)控設(shè)備RJ45 網(wǎng)絡(luò)口及無線網(wǎng)橋客戶端（子端）LAN 接口，無線網(wǎng)橋通電開機并盡可能往高處朝向無線網(wǎng)橋發(fā)送端（主端）位置安裝（可根據(jù)無線網(wǎng)橋上信號燈數(shù)量判斷）（圖16）。

圖13 無線網(wǎng)橋主端界面中顯示與子端連接狀態(tài)

圖14 靜態(tài)IP 設(shè)置界面

圖15 二樓安裝路由管理端及無線網(wǎng)橋主端

圖16 無線網(wǎng)橋子端在數(shù)控設(shè)備上安裝

（4）查看數(shù)控設(shè)備中本地網(wǎng)絡(luò)連接是否獲取對應(yīng)IP 地址及網(wǎng)絡(luò)通斷狀態(tài)。

（5）啟動數(shù)控設(shè)備中TeamViewer 遠程協(xié)助軟件，查看聯(lián)網(wǎng)獲取賬戶是否正常。

3.4 現(xiàn)場傳輸性能測試與其他聯(lián)網(wǎng)方式對比

現(xiàn)場測試采用3 種方式進行：①模擬布線（估算布線長度約40 m 后直接使用40 m 符合CAT.5e 及以上標準網(wǎng)線在兩臺電腦上測試傳輸速度）；②電力貓系統(tǒng)（兩臺電力貓分別安裝在數(shù)控設(shè)備端和二樓辦公室網(wǎng)絡(luò)交換機端）；③無線網(wǎng)橋系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)傳輸速度測試方法采用LAN Speed Test 軟件設(shè)置反復10 次復制單個同樣100 MB 大小文件，進行讀寫速度及穩(wěn)定性測試并得出其文件平均傳輸速度（圖17）。測試結(jié)果見表1。

3.5 結(jié)果分析

圖17 軟件在方案①時測試界面

表1 測試結(jié)果

首先方案②由于電力貓傳輸在220 V 交流電基礎(chǔ)上使用而且需在不能帶有濾波穩(wěn)壓器同一電網(wǎng)內(nèi)使用，現(xiàn)場情況是二樓辦公室與車間不在同一電網(wǎng)內(nèi)，且車間電網(wǎng)帶有濾波穩(wěn)壓器用以保護設(shè)備，故電力貓方案失效。

從方案①與方案③可以看出，模擬布線利用網(wǎng)線物理傳輸在速度上具有優(yōu)勢，但考慮使用率低布線成本，在人力物力上沒有無線網(wǎng)橋那樣能即裝即用隨時移機的優(yōu)勢。綜合現(xiàn)場實際使用情況是以設(shè)備新機調(diào)試及后期維護臨時短暫產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)需求，無線網(wǎng)橋無論在經(jīng)濟性、靈活性、迅捷性上更適合這類沒有配套網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)車間使用。

4 無線網(wǎng)橋經(jīng)濟性測算（表2）

由表2 可以得出，數(shù)控設(shè)備每增加1 臺，就需要網(wǎng)絡(luò)布線1次而無線網(wǎng)橋只需增加1 臺客戶端即可，其價格優(yōu)勢已經(jīng)顯現(xiàn)且如果數(shù)控設(shè)備移位后則要重新布線，而無線網(wǎng)橋則不受影響。一般使用基本不會出現(xiàn)多臺數(shù)控設(shè)備同時需要網(wǎng)絡(luò)通信。此時無線網(wǎng)橋能隨時移機的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，哪臺數(shù)控設(shè)備要網(wǎng)就移到哪臺，只需無線網(wǎng)橋2 臺即可，而網(wǎng)絡(luò)布線則每臺數(shù)控設(shè)備都需布線，成本大幅增加。

表2 無線網(wǎng)橋經(jīng)濟性測算

5 無線網(wǎng)橋的擴展應(yīng)用

無線網(wǎng)橋作為架設(shè)在空中的隱形網(wǎng)線，其最初目的為適應(yīng)礦山及電梯井監(jiān)控而研發(fā)?，F(xiàn)在將其利用在不易二次布線的車間環(huán)境中，除了能為數(shù)控設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)支持外，還能為車間任意一處需要臨時性布網(wǎng)需求的地方提供點對點或點對多點的局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。例如：①設(shè)備維修時，廠方技術(shù)員一般會在現(xiàn)場架設(shè)臨時辦公及修理區(qū)。這時就能通過路由管理端+無線網(wǎng)橋+交換機的模式在0.5 h 內(nèi)快速完成點對多點的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)提供內(nèi)外網(wǎng)服務(wù)；②大數(shù)據(jù)時代下，對設(shè)備產(chǎn)能及運行周期的實時掌控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，也是對工廠生產(chǎn)綜合成本測算的有力支撐。數(shù)據(jù)的傳輸都依賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用無線網(wǎng)橋點對多點網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即路由管理端+無線網(wǎng)橋發(fā)送端（單個）+無線網(wǎng)橋客戶端（多個）—連接機床數(shù)據(jù)采集器（多個），就能同時完成多臺設(shè)備產(chǎn)能運行數(shù)據(jù)的采集分析，而且采集設(shè)備能靈活變動而不需要二次布線（圖18）。

圖18 可利用無線網(wǎng)橋技術(shù)對設(shè)備實時網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

6 結(jié)束語

通過靈活利用無線網(wǎng)橋技術(shù)使其在數(shù)控設(shè)備及工廠車間發(fā)揮出意想不到的效果。在大幅縮短布線周期及成本的同時，具備即裝即用隨時移機的迅捷性。希望通過此次應(yīng)用案例為廣大從事機修保養(yǎng)工作的技術(shù)及操作人員提供更多新思路、新想法。