無線局域網技術在圓形堆取料機中的應用

李金明，胡華君，高志良

目前，無線網絡Wireless通訊技術開始在建材、港口、礦山、冶金等大型工業企業中大面積推廣應用，因此，堆取料機設備采用無線網絡技術將會是今后的一個發展趨勢。圓形堆取料機的工作方式是堆料機和取料機分別在圓形料場內以中心柱為圓心支點做規律運動，分別實現堆料和取料。過去，老式堆取料機的控制部分需要單獨的電纜滑車拖著大量控制信號電纜來回運動，長時間的運行磨損很容易造成滑車接觸不良和電纜磨損斷線，繼而造成堆取料機的控制及連鎖信號丟失，最終造成設備失控停車，甚至有可能發生堆料機與取料機撞車的危險。在這種情況下，堆取料機長期存在著安全隱患，且人員巡檢維護工作量很大。以目前無線網絡的科技發展水平，信號可以安全、穩定可靠地實現無線傳輸，因此可以將有線控制信號通過無線網絡方式進行傳輸，從而達到控制堆取料機設備安全穩定運行、減少維護工作量的目的。

1 無線網絡傳輸相比傳統信號線纜控制的優點

使用無線網絡傳輸控制方式，相比傳統的滑車信號電纜控制方式有以下優點：

（1）系統可靠性高。無線網絡信息通訊替代了滑車控制電纜部分，所有的控制信號電纜和接線都被取消，這就大大減少了系統故障點，提高了系統可靠性。

（2）信息通訊量大。通過無線網絡通信模塊建立無線網絡進行信息交換，系統可以任意地增加所需的控制信號，信息交換量不再受過去滑車控制信號電纜數量的限制，可以將大量模擬量數據和所有故障報警信息都傳送給工廠DCS，從而實現工廠DCS對堆取料機設備的全方位實時監控。

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

2 無線局域網的發展及現狀

無線局域網WLAN是利用當今不斷發展的無線網絡Wireless通訊技術發展而來的。WLAN全稱為無線局域網絡Wireless Local Area Networks，是一種利用射頻技術進行數據傳輸的系統。WLAN使用無線電波在空中進行通信連接，可以取代舊式雙絞銅線所構成的有線局域網絡，彌補特殊工況下無法建立有線局域網絡的不足，以達到網絡擴展延伸的目的。無線局域網絡能利用簡單的存取架構，使用戶由此實現無網線、無距離限制的網絡通訊。常用的WLAN標準802.11a使用5GHz頻段，支持最大速度為54Mbps；802.11b和 802.11g標準使用2.4GHz頻段，分別支持最大速度為11Mbps和54Mbps；802.11n標準既可以使用2.4GHz頻段也可以使用5GHz頻段，支持最大速度可達300Mbps；WLAN網絡覆蓋范圍最大可以達到5km（需要配置天線）。

菲尼克斯公司生產的WLAN 5100無線局域網模塊具有功能強大、配置簡單、可靠性高、易維護性強等特點。WLAN 5100支持802.11a/b/g/n標準；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-40°C至+60°C；支持三種工作模式，可設置為接入點（Access Point）、客戶端（Client）、中繼器（Repeater）；模塊安全功能符合802.11i標準，支持 WPA2、WPA-PSK、TKIP、AES；支持工業以太網協議PROFINET和Ethernet/IP；模塊的天線支持MIMO技術并且可選配IP65套裝外置盒，完全適應工況惡劣的工業自動化現場應用。

WLAN 5100典型配置應用接入點、中繼器和客戶端組網應用示意圖見圖1。

圖1 WLAN 5100典型配置應用接入點、中繼器和客戶端組網應用示意圖

3 無線局域網在圓形堆取料機上的應用及組態

某圓形堆取料機項目采用WLAN 5100組態無線局域網示意圖見圖2。

圖2 圓形堆取料機項目采用WLAN 5100組態無線局域網示意圖

本項目選用三套WLAN 5100無線局域網模塊，組成一臺接入點、兩臺客戶端形式的無線局域網。安裝在堆料機電氣室的WLAN 5100設置為一臺客戶端，與堆料機控制器S7-300PLC之間進行以太網通訊；安裝在取料機電氣室的WLAN 5100設置為另一臺客戶端，與取料機控制器S7-300PLC之間進行以太網通訊；安裝在圓堆中心柱頂部、進料皮帶機平臺上、位置固定的WLAN 5100設置為接入點，并且與平臺上無線控制箱內的S7-1200PLC進行以太網通訊。堆料機和取料機上各自的WLAN 5100作為客戶端，與中心柱頂部、進料皮帶機平臺上作為接入點的WLAN 5100進行無線網絡數據通訊，而且堆料機客戶端與取料機客戶端之間也可以經由接入點實現相互數據通訊。因工廠DCS系統總線通訊需要，無線接入點WLAN 5100與S7-1200PLC組網作為Ethernet轉Profibus-DP網關使用，工廠DCS與S7-1200PLC DP總線模塊進行Profibus-DP總線通訊來控制堆料機和取料機。一般原料堆場距離原料電氣控制室都比較遠，所以需要敷設光纖，采用光纖轉Profibus-DP的方法實現遠距離DP總線通訊。

初次配置WLAN 5100無線局域網模塊時，需要先用網線將WLAN 5100設備上的RJ45網口與電腦網口相連，然后用IPAssignment工具掃描WLAN 5100的MAC地址，掃描到MAC地址后進行下一步，給WLAN 5100設置IP地址、子網掩碼和網關地址。當彈出窗口顯示IP地址設置已經完成后，就可以在IE瀏覽器地址欄輸入已經配置好的IP地址，進行WLAN 5100的詳細參數設置。

WLAN 5100無線局域網模塊設置為接入點的基本參數設置見圖3。

圖3 WLAN 5100無線局域網模塊設置為接入點的基本參數設置

WLAN 5100無線局域網模塊設置為客戶端的基本參數設置見圖4。

圖4 WLAN 5100無線局域網模塊設置為客戶端的基本參數設置

注意設置為客戶端的WLAN 5100參數配置結束后，需要點擊一下“Scan”按鈕，客戶端無線模塊會自動掃描接入點模塊的無線網絡SSID，如圖5所示。

圖5 WLAN 5100客戶端模塊掃描接入點模塊的無線網絡SSID示意圖

掃描結束后會列出網絡列表，選擇需要連接的接入點無線網絡SSID，然后點擊“Adopt”選項，客戶端無線模塊到接入點無線模塊網絡的連接匹配完畢。

接入點WLAN 5100無線局域網模塊診斷信息如圖6所示，顯示已經連接了2臺客戶端設備以及客戶端設備的MAC地址、信號強度、通訊速率等信息。

客戶端WLAN 5100無線局域網模塊診斷信息如圖7所示，顯示客戶端設備已經連接到接入點設備以及接入點設備的MAC地址、連接信號強度信息。

圖6 WLAN 5100接入點模塊網絡診斷信息示意圖

圖7 WLAN 5100客戶端模塊網絡診斷信息示意圖

至此，WLAN 5100無線局域網模塊接入點、客戶端典型應用組網配置完成，通過西門子TIA軟件編程在線監控接入點S7-1200PLC與各客戶端S7-300PLC之間的數據通訊，發現數據交換穩定可靠。

4 結語

WLAN 5100無線局域網模塊通訊安全可靠，運行穩定，維護簡單，可以完全代替堆取料機的控制信號電纜，實現穩定可靠的無線數據通訊控制。取消滑車控制信號電纜接線后，系統故障點大大減少，設備故障停機率大大降低；堆取料機控制電纜磨損、斷裂以及更換造成的設備安全隱患、正常生產中斷的問題得以解決；無線網絡通訊數據交換量大，開關量信號及模擬量信號的增加不再受控制電纜的限制，控制系統的靈活性大大提高；無線設備安裝簡單，檢修維護方便，節省了大量的人力物力。■