汪鑫

[摘? ? 要]對(duì)于電線電纜生產(chǎn)而言，籠絞機(jī)是必不可少的設(shè)備?；\絞機(jī)最主要的是放線張力的控制，放線張力的控制必須通過通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。介紹了5 GHz無線局域網(wǎng)在籠絞機(jī)通信中運(yùn)用的一些特點(diǎn)及結(jié)果，以及其在籠絞機(jī)中的應(yīng)用方式，提高籠絞機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，提供通信速率。

[關(guān)鍵詞]5 GHz無線;無線局域網(wǎng);籠絞機(jī)

[中圖分類號(hào)]TN911.8 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）04–00–03

Application of 5 GHz Local Area Network in Cage Twister

Wang Xin

[Abstract]For the production of wire and cable， the cage strander is an indispensable equipment. The most important thing of the cage strander is the control of the pay-off tension. The control of the pay-off tension must exchange data through communication. This article introduces some characteristics and results of the use of 5 GHz wireless local area network in the communication of the cage twister， introduces its application in the cage twister in detail， improves the stability of the cage twister， and provides the communication speed.

[Keywords]5 GHz wireless; wireless local area network; cage twister

目前籠絞機(jī)中的放線張力控制主要采用Profibus的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雖然Profibus具有高速低成本的特點(diǎn)，但隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，Profinet的應(yīng)用變得更加廣泛。但不管是Profibus或者Profinet通信，都是使用有線進(jìn)行連接，當(dāng)籠絞內(nèi)部與外部進(jìn)行有線連接，就必須使用精密滑環(huán)。由于滑環(huán)需要經(jīng)常維護(hù)及其較短的使用壽命特點(diǎn)，導(dǎo)致通信的穩(wěn)定性受到很大的影響，并且對(duì)設(shè)備的維護(hù)帶來諸多不便。

無線通信為工業(yè)發(fā)展帶來了新機(jī)遇，提供了靈活，高效的自動(dòng)化解決方案。隨著5 GHz的技術(shù)發(fā)展壯大，以其“更高網(wǎng)速、低延時(shí)高可靠、低功率海量連接”的特點(diǎn)，為設(shè)備之間的通信提供了高速通道。為解決籠絞內(nèi)部與外部進(jìn)行通信提供了新的解決方案。

1 5 GHz局域網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成

系統(tǒng)硬件構(gòu)成見表1，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖1所示。

接入點(diǎn)使用SCALANCE W774-1RJ45，客戶端使用SCALANCE W734-1RJ45。接入點(diǎn)及客戶端均滿足支持IEEE 802.11a/b/g/h/n通信協(xié)議，2.4 GHz/5 GHz頻段;兩個(gè)R-SMA天線接口，2x2：2MIMO，在IEEE802.11n模式下，最多可達(dá)到300 Mbit/s;IP30防護(hù)等級(jí)，工作溫度-20～60 ℃，抗冷凝，金屬材料，外形符合SIMATIC S7-1500設(shè)計(jì)風(fēng)格;功耗6 W，支持24VDC4針端子供電，支持POE供電（IEEE802.3at，Type1）;安裝方式：支持壁裝、DIN導(dǎo)軌安裝、S7-300導(dǎo)軌安裝與S7-1500導(dǎo)軌安裝。特別適用于控制柜內(nèi)的安裝環(huán)境。

外接天線用于優(yōu)化無線覆蓋的應(yīng)用，可以提供可靠的無線覆蓋。MIMO天線使用多路徑傳播，可以同時(shí)傳輸3個(gè)數(shù)據(jù)流。多數(shù)據(jù)流傳輸在增大數(shù)據(jù)吞吐量的同時(shí)也增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

由于設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中速度快、油污飛濺、鋼絲斷線等情況，外接天線的選擇非常重要，所以選擇使用吸頂安裝或桅桿安裝天線：ANT795-6 MN天線，天線增益6/8 dBi，2.4/5 GHz，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65。能有效防護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境。

為避免當(dāng)無線通信出現(xiàn)意外而發(fā)生掉線，導(dǎo)致生產(chǎn)意外停機(jī)的發(fā)生，保留了Profibus通信的使用。

2 5 GHz局域網(wǎng)系統(tǒng)完成的功能

2.1 功能介紹

籠絞為3段絞體，每段絞體有12個(gè)放線架，放線架均采用磁滯控制放線張力，并配備了張力傳感器進(jìn)行反饋。每段絞體內(nèi)部均有一個(gè)單獨(dú)的控制系統(tǒng)控制絞體上12個(gè)放線張力，稱為放線張力控制系統(tǒng)。整套設(shè)備有一套控制系統(tǒng)控制設(shè)備的運(yùn)行，并進(jìn)行人機(jī)交互，稱為絞籠控制系統(tǒng)。通過5 GHz局域網(wǎng)系統(tǒng)將絞籠控制系統(tǒng)及3個(gè)放線張力控制系統(tǒng)接入同一個(gè)5 GHz網(wǎng)絡(luò)，利用此網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)絞籠控制系統(tǒng)與放線張力控制系統(tǒng)也在同一個(gè)Profibus網(wǎng)絡(luò)。用戶通過人機(jī)界面設(shè)定放線張力工藝參數(shù)，參數(shù)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)及Profibus網(wǎng)絡(luò)兩種方式發(fā)送到放線控制系統(tǒng)，放線控制系統(tǒng)優(yōu)先采用無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，只有當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)才會(huì)采用Profibus網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并且發(fā)出警告，當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)均出現(xiàn)故障時(shí)，停止傳輸數(shù)據(jù)并報(bào)警。放線系統(tǒng)根據(jù)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)控制，同時(shí)放線系統(tǒng)將生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)（當(dāng)前張力值，盤徑值等）也通過無線網(wǎng)絡(luò)及Profibus網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到絞籠控制系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)通過HMI進(jìn)行顯示，方便用戶監(jiān)視生產(chǎn)過程。同樣的絞籠控制系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先采用無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了放線控制系統(tǒng)與籠絞控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€(gè)過程。

2.2 功能實(shí)施

首先使用組態(tài)軟件博圖對(duì)硬件進(jìn)行組態(tài)，硬件組態(tài)完成后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕M態(tài)，完成后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線。

布線完成后使用組態(tài)軟件對(duì)無線接入點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)名稱及IP的分配。打開WEB瀏覽器輸入無線接入點(diǎn)的IP并確認(rèn)，打開無線接入點(diǎn)的管理頁面，輸入默認(rèn)的用戶名及密碼。在隨后的密碼修改界面中，輸入當(dāng)前密碼和新設(shè)置的密碼，點(diǎn)擊Set Value確認(rèn)。用新的密碼進(jìn)行登錄。進(jìn)入管理頁面Interfaces——WLAN，在Basic標(biāo)簽頁面中，配置國(guó)家代為China，設(shè)備模式為AP，然后單擊Set Value確認(rèn)。再根據(jù)實(shí)際使用的天線在Antennas頁面配置天線，單擊Set Value確認(rèn)。配置好天線后返回Basic標(biāo)簽頁，勾選Enabled選擇框，F(xiàn)requency Band選擇5 GHz，單擊Set Value確認(rèn)，即可激活無線接口。

為進(jìn)行通信，將在頻段內(nèi)使用一個(gè)特定的通道，用戶既可以具體設(shè)置此通道，也可以組態(tài)為自動(dòng)選擇通道。在Allowed Channels頁面指定可能用于通信的通道，單擊Set Value確認(rèn)。確認(rèn)好通信的通道以后，在AP選項(xiàng)卡中選擇默認(rèn)的信通，同時(shí)配置無線系統(tǒng)的SSID，單擊Set Value確認(rèn)，即可設(shè)置好該無線系統(tǒng)的名稱。

進(jìn)入管理頁面Security——WLAN頁面，選擇認(rèn)證和加密類型并輸入密碼，單擊Set Value確認(rèn)，無線系統(tǒng)密碼設(shè)置成功。AP配置完成以后，還需要對(duì)客戶端進(jìn)行配置，同樣的方法對(duì)三個(gè)客戶端進(jìn)行名稱及IP的分配。

IP分配好后，使用WEB配置客戶端，在瀏覽器輸入客戶端的IP地址，進(jìn)入客戶端配置頁面，輸入管理員的用戶名與密碼登錄，參見配置AP。

在管理頁面中找到Interfaces——WLAN的Basic標(biāo)簽頁面，配置信息與AP一致，然后單擊Set Value確認(rèn)。在Antennas選項(xiàng)下配置天線，根據(jù)實(shí)際所用的天線進(jìn)行選擇，點(diǎn)擊Set Value確認(rèn)。配置完天線后，再回到Basic Page，使能無線連接，單擊Set Value確認(rèn)。

無線連接使能以后，在Allowed Channels頁面指定可能用于通信的通道（選擇的信通需要與AP選擇的一致）。單擊Set Value確認(rèn)。

選擇Client選項(xiàng)卡，進(jìn)入Client配置頁面，MAC Mode模式選擇Layer2Tunnel（當(dāng)客戶端通過以太網(wǎng)連接多個(gè)設(shè)備并且與AP側(cè)設(shè)備進(jìn)行PN IO通信時(shí)，必須選擇第2層隧道模式），在WLAN1中輸入AP配置中的SSID并使能，單擊Set Value確認(rèn)。進(jìn)入管理頁面Security——WLAN頁面，將認(rèn)證和加密類型及密碼設(shè)置為與AP一致。單擊Set Value確認(rèn)。客戶端配置完成，可以在Information——WLAN下查看Available AP，顯示可用接入點(diǎn)。同樣的方式配置另外兩個(gè)客戶端。

配置完成以后，在AP中查看Information——WLAN下的Client List，可以看到通過接入點(diǎn)登錄的客戶端以及其他信息，例如狀態(tài)、信號(hào)強(qiáng)度、MAC地址。

Profibus網(wǎng)絡(luò)的配置與常規(guī)Profibus配置相同，使用正常的組態(tài)即可。

2.3 網(wǎng)絡(luò)切換

絞籠控制系統(tǒng)發(fā)送心跳脈沖到放線張力控制系統(tǒng)，同時(shí)放線張力控制系統(tǒng)發(fā)送心跳脈沖到放線張力控制系統(tǒng)。絞籠控制系統(tǒng)與放線張力控制系統(tǒng)通過心跳檢測(cè)判斷5 GHz無線網(wǎng)絡(luò)與Profibus網(wǎng)絡(luò)通信是否正常：任何一方的心跳停止即認(rèn)為通信掉線。一旦掉線，觸發(fā)警告系統(tǒng)，提醒用戶設(shè)備異常。當(dāng)兩種通信均正常時(shí)，優(yōu)先采用5 GHz無線的數(shù)據(jù)，只有檢測(cè)到無線心跳停止并且Profibus心跳正常時(shí)，才會(huì)采用Profibus的數(shù)據(jù)。當(dāng)兩種通信都檢測(cè)到心跳停止，觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。等待故障排除，設(shè)備才能正常運(yùn)行。

2.4 實(shí)施結(jié)果

當(dāng)絞籠控制系統(tǒng)與每個(gè)放線張力控制系統(tǒng)的通信量為：462字節(jié)，AP與3個(gè)客戶端的距離分別為：5 m;20 m;35 m時(shí)。AP與客戶端的通信速率最大達(dá)到了65 m/s，是Profibus速率的4倍多。

3個(gè)客戶端的信號(hào)測(cè)試結(jié)果分別如圖2～圖4所示。

經(jīng)過完整的系統(tǒng)調(diào)試，設(shè)備線速度運(yùn)行到10 M/min，絞籠速度運(yùn)行到53 min，5 GHz系統(tǒng)正常運(yùn)行，信號(hào)穩(wěn)定，無掉線現(xiàn)象產(chǎn)生。Profibus網(wǎng)絡(luò)通信正常，心跳檢測(cè)程序運(yùn)行正常，兩種網(wǎng)絡(luò)完全實(shí)現(xiàn)了冗余效果。

3 結(jié)語

隨著生產(chǎn)廠家對(duì)設(shè)備因故障而停機(jī)的時(shí)間要求越來越短，傳統(tǒng)的Profibus通信方式已經(jīng)不能完全滿足客戶的需求。隨著5 GHz無線的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)會(huì)極大地提高網(wǎng)絡(luò)通信的便利性，減少設(shè)備維護(hù)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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