楊 鋼

廣東省技師學(xué)院 廣東 博羅 516100

引言

對于自行小車環(huán)形輸送系統(tǒng)來說，其是由總裝下料環(huán)行線以及底板下料環(huán)行線構(gòu)成的，各條環(huán)形線中含有三臺自行小車，其能夠沿著軌道循環(huán)運(yùn)行，總裝自行小車以及底板經(jīng)過多年運(yùn)行，其狀態(tài)穩(wěn)定性較差，控制系統(tǒng)很容易出現(xiàn)各種故障事件，比較典型的是小車通訊故障，自行小車控制系統(tǒng)引起其主控系統(tǒng)之間通訊，采用的是有線通訊的方式，即碳刷和滑線方式，采用這種方式集電器碳刷與滑線銅芯長時間接觸會出現(xiàn)一定程度磨損，滑線與碳刷經(jīng)常會存在接觸不良的問題，導(dǎo)致電源掉電或小車通行過程中出現(xiàn)掉線問題，通訊故障率較高。自行小車掉線已影響生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，從一定程度上制約全線生產(chǎn)。

基于這種情況下，本研究制定切實(shí)可行的技術(shù)方案，采用目前國際上推行的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對原有自行小車通訊接觸老化問題，且對技術(shù)相對落后的有線通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)進(jìn)行改造。

1 舊系統(tǒng)的問題分析

第一、從有線通信方式上來看，在原有的控制系統(tǒng)中，自行小車主控制系統(tǒng)主站采用的是S7―300PLC?？刂苾蓷l環(huán)線均采用ET200SPLC，將其作為DP從站臺控制自行小車的動作，自行小車通過車體及電擊和預(yù)裝于軌道中的滑觸線，在移動過程中接觸取電，盡量給小車移動提供動力。這些小車在處于環(huán)境軌道中運(yùn)行時，能夠與主站通過導(dǎo)軌放大器，滑線、碳刷獲取信號以及DP總線通信控制信號，如下圖所示為原有設(shè)計(jì)方案與底板環(huán)形線的結(jié)構(gòu)示意圖。第二、從有線通訊的弊端上來看，雖然目前滑觸線碳刷滑動取電技術(shù)相對成熟，然而在具體使用過程中還存在很多缺點(diǎn)，滑線和碳刷緊密接觸，主要依賴于碳刷上彈簧壓緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的碳刷，彈簧機(jī)構(gòu)在調(diào)整過程中不能過松或過緊，否則會無法達(dá)到理想平衡狀態(tài)，只能定期檢查、調(diào)整或者進(jìn)行滑線、碳刷的更換。環(huán)形空中自行小車可通過集成器碳刷在滑線中進(jìn)行控制信號的采集和傳輸，自行小車抓取工件升降時會產(chǎn)生抖動，進(jìn)而使碳刷發(fā)生抖動，出現(xiàn)信號丟失的問題或者通訊中斷，降低系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，除此之外，在環(huán)行線軌道上自行小車會出現(xiàn)左右或上下擺動，進(jìn)而會導(dǎo)致碳刷與滑線接觸不良，使總線通訊信號出現(xiàn)跳線或者通訊中斷，信號丟失，網(wǎng)絡(luò)故障等相關(guān)問題，整體故障率較高。環(huán)行空中自行小車經(jīng)過長期運(yùn)行之后，滑線和胎盤之間長期磨損會導(dǎo)致碳刷破裂，進(jìn)而使接觸不良，引發(fā)信號丟失的問題產(chǎn)生。除此之外，滑觸線與碳刷長期摩擦?xí)诨|線的分段位置或滑觸線上殘留大量的碳粉，使信號出現(xiàn)誤傳輸，降低系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，碳刷滑動通訊也很容易使碳刷出現(xiàn)磨損或者損壞，頻繁更換滑線碳刷，導(dǎo)致企業(yè)的維修成本較高。

2 新系統(tǒng)設(shè)計(jì)無線通信方案

從無線解決方案的設(shè)想上來看，自行小車線控制系統(tǒng)是基于原有舊設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，其改造難度較大，并且由于改造時間較緊，受到原有系統(tǒng)的限制，面臨的風(fēng)險(xiǎn)大，因此需要緊密圍繞系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，降低施工量，減少調(diào)試和編程時間，能夠從全信息采集角度出發(fā)，在改造過程中需要堅(jiān)持下列原則，確保原有系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)不變，基于此，增加控制系統(tǒng)的局部電路或配置新的模塊，實(shí)現(xiàn)無線通信功能，以較低成本，獲得較高的收益，利于維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性安全性，達(dá)到改造效果，最終采用無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。利用該技術(shù)能夠解決滑觸線信號通信受限的問題，能夠滿足本次改造需求，或測試其覆蓋區(qū)域、抗干擾性能實(shí)時性數(shù)據(jù)傳輸量、信號強(qiáng)度對于網(wǎng)絡(luò)速度產(chǎn)生的影響，通過測試之后最終可使用 Modbus―RTU無線技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品。從該技術(shù)的特征上來看，近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)控制技術(shù)、創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展，自動化控制領(lǐng)域中出現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)通信的無線通信工作技術(shù)，其具有較高的穩(wěn)定性，安全性、抗干，性數(shù)據(jù)傳輸量較大、運(yùn)營維護(hù)成本低，這種無線控制技術(shù)能夠從一定程度上打破過去傳統(tǒng)有線控制的結(jié)構(gòu)，具有較大的適用范圍，可維護(hù)性和可拓展性。相比現(xiàn)場總線控制和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來說，具有顯著優(yōu)勢，在未來自動化發(fā)展中，無線通信也是其主要發(fā)展趨勢。

Modbus―RTU是基于PLC的通信協(xié)議，可便于開展Modbus―RTU網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。Data Radio是由美國邦納公司所研發(fā)的無線產(chǎn)品，是在2.4兆赫茲頻段中運(yùn)行的無線串口通訊設(shè)備，其嚴(yán)格遵循Modbus―RTU的傳輸協(xié)議，可用于工業(yè)無線局域網(wǎng)的通信過程中，同時還可以拓展Modbus工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信距離，具有安全性，可靠性，高效性等，可代替原有傳統(tǒng)通訊中使用的硬接線和有線方式，實(shí)現(xiàn)可靠通信連接，同時其采用Modus―RTU的傳送模式，能夠與Modbus串行網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建設(shè)備與設(shè)備之間的無線連接。

從新方案的構(gòu)思上來看，可取消原有二級信號滑線，6個小車放大器，兩個主導(dǎo)軌放大器以及24片小車信號碳刷，而加入主站DataRadio無線模塊以及從站Data Radio無線模塊，將協(xié)議轉(zhuǎn)換器至于主戰(zhàn)主控系統(tǒng)DP主站的一側(cè)，DP主站發(fā)送給從站通訊數(shù)據(jù)，可轉(zhuǎn)化為Modbus協(xié)議，通過主站的DataRadio可將數(shù)據(jù)及時發(fā)送給從站DataRadio，從站接收到數(shù)據(jù)后，能夠通過從站協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將數(shù)據(jù)最終轉(zhuǎn)換為PROFIBUS的總線數(shù)據(jù)傳送給小車ET200S DP從站。

3 無線通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在地面主控系統(tǒng)中，其是基于S7―300PLC作為核心，同時Profibus―DP總線網(wǎng)絡(luò)的主站是CPU315―2DP，能夠用于地面和小車以和小車間輸送系統(tǒng)與設(shè)備數(shù)據(jù)交換的信息采集以及及時控制，由于采用PROFIBUS總線協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)無線通訊傳輸，需要利用PROFIBUS終端協(xié)議轉(zhuǎn)換為Modbus―RTU協(xié)議，因此在主控系統(tǒng)中需要配置協(xié)議轉(zhuǎn)換器和無線收發(fā)器。NT50轉(zhuǎn)換器可在S7―300PLC一測中的Profibus總線協(xié)議，將其轉(zhuǎn)換為Modbus―RTU協(xié)議，進(jìn)而滿足無線收發(fā)器使用。主站DataRadio無線收發(fā)器遵循Modbus―RTU的協(xié)議，是通過無線的方式向小車從站進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受。從車載控制系統(tǒng)上來看，小車車載控制系統(tǒng)的核心是ET200SPLC是以IM151―7CPU為Profibus―DP總線網(wǎng)絡(luò)作為從戰(zhàn)，以實(shí)現(xiàn)對小車停止、啟動的控制，能夠滿足小車智能化運(yùn)行需求，在車載控制系統(tǒng)中配置NT50轉(zhuǎn)換器以及從站無線收發(fā)器，小車能夠從無線收發(fā)器中收發(fā)來自主站DataRadio發(fā)送的無線通信數(shù)據(jù)，將無線數(shù)據(jù)通過Modbus―RTU協(xié)議有線傳送給NT50轉(zhuǎn)換器之后，該轉(zhuǎn)換器能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，并將協(xié)議轉(zhuǎn)為PROFIBUS―DP協(xié)議，將數(shù)據(jù)通過這種協(xié)議有線的方式傳送給小車從站進(jìn)行處理。

構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合兩條環(huán)行線的分布特點(diǎn)，首先需要分段布控，構(gòu)建單網(wǎng)再建雙網(wǎng)，最后實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)聯(lián)控，進(jìn)一步構(gòu)建一控三雙向同步收發(fā)機(jī)制。在總線環(huán)行線和底板環(huán)行線各自分組的基礎(chǔ)上，構(gòu)建相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，分別進(jìn)行總線環(huán)行線，自行小車以及地板環(huán)行線、自行小車的控制。這樣能夠提高信號通訊強(qiáng)度，同時也能夠提高信號的抗干擾性能，且雙網(wǎng)絡(luò)無線架構(gòu)能夠顯著提高通信可靠性和穩(wěn)定性，兩種網(wǎng)絡(luò)彼此獨(dú)立，互不干擾。但在外部來看，都是基于S7―300PLC控制的，彼此相互聯(lián)系，即屬于單控又聯(lián)控的方式，有各自的職責(zé)分工，可在主控PLC控制下實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)行。從結(jié)構(gòu)上來看，總裝無線網(wǎng)絡(luò)以及底板無線網(wǎng)絡(luò)基本一致，只有地址、設(shè)定參數(shù)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不同。

小結(jié)

總而言之，隨著今天一體化系統(tǒng)的發(fā)展，基于Modbus―RTU無線通信技術(shù)的自行小車無線控制系統(tǒng)自投入運(yùn)行之后，其運(yùn)行可靠，能夠消除過去通信故障頻發(fā)的問題，縮短維修時間，能夠提高整體技能和系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，可靠性，尤其是無線通信網(wǎng)絡(luò)，從調(diào)試開始至今能夠保持穩(wěn)定，進(jìn)一步也表明了，將Modbus―RTU無線通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用于環(huán)形自行小車控制系統(tǒng)中能夠發(fā)揮優(yōu)勢，確有較高的性價比，通過實(shí)踐證明，在自行小車中應(yīng)用Modbus―RTU無線通信技術(shù)是成功的，未來可將Modbus―RTU運(yùn)用于類似自行小車控制系統(tǒng)中，為其提供高效、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。