基于無(wú)線數(shù)據(jù)的通信技術(shù)論文

1、基于無(wú)線數(shù)據(jù)的通信技術(shù)論文 1原系統(tǒng)存在的問(wèn)題 1.1有線通訊方式 原控制系統(tǒng)中，自行小車主控制系統(tǒng)DP主站采用S7-300PLC，控制兩條環(huán)行線上6臺(tái)自行小車。自行小車采用ET200SPLC作為DP從站，控制自行小車自身動(dòng)作。自行小車通過(guò)車體上安裝集電極和預(yù)裝在軌道內(nèi)的滑觸線在移動(dòng)中接觸進(jìn)行取電，提供給移動(dòng)的小車。自行小車在環(huán)形軌道上行走，與主站通過(guò)導(dǎo)軌放大器+滑線+碳刷的形式獲取信號(hào)電源和DP總線通信控制信號(hào)。 1.2有線通訊弊端 滑觸線碳刷滑動(dòng)取電技術(shù)雖然已經(jīng)非常成熟，但使用上存在先天不足，碳刷與滑線之間的可靠緊密接觸依賴碳刷組件上的彈簧壓緊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。碳刷彈簧機(jī)構(gòu)的調(diào)整，不宜過(guò)松，更不

2、宜過(guò)緊，很難達(dá)到一個(gè)理想的平衡狀態(tài)，只能周而復(fù)始地定期檢查、調(diào)整、更換碳刷和滑線。環(huán)形空中自行小車通過(guò)集電器上的碳刷在滑觸線上采集/傳輸控制信號(hào)。自行小車抓取工件升降的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，碳刷隨之也會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，造成信號(hào)丟失、通訊中斷，使系統(tǒng)的可靠性降低。另外，自行小車在環(huán)行線軌道上左右擺動(dòng)和上下晃動(dòng)極易導(dǎo)致滑線與碳刷接觸不良，經(jīng)常造成總線通訊信號(hào)掉線，產(chǎn)生通訊中斷、信號(hào)丟失、網(wǎng)絡(luò)報(bào)警等故障，故障率一直很高。環(huán)線空中自行小車長(zhǎng)期運(yùn)行后，碳刷和滑觸線磨損，導(dǎo)致碳刷破裂、接觸不良，也會(huì)使控制信號(hào)丟失。此外，碳刷長(zhǎng)期和滑觸線摩擦，大量碳粉會(huì)滯留在滑觸線分段處或滑觸線上，造成信號(hào)的誤傳輸，使系統(tǒng)的可靠性降

3、低。另外，這種碳刷滑動(dòng)通訊方式極易導(dǎo)致碳刷磨損、拉壞，需頻繁更換大量碳刷和滑線，維修成本很高。 2無(wú)線通信方案設(shè)計(jì) 2.1無(wú)線解決方案的構(gòu)想 自行小車線控制系統(tǒng)改造是在仍生產(chǎn)使用的老線原有基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造，改造難度大，而且改造時(shí)間很短，改造還受到原有老系統(tǒng)的限制，風(fēng)險(xiǎn)很大。我們的方案規(guī)劃始終圍繞著：確?？煽啃裕瑴p少現(xiàn)場(chǎng)施工量，減少編程調(diào)試時(shí)間，并且實(shí)現(xiàn)全信息采集的出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行。我們的改造原則是：保持原控制系統(tǒng)硬件主體結(jié)構(gòu)不變，在此基礎(chǔ)上，在控制系統(tǒng)局部增加、配置新的模塊和電路，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信功能，以較低成本投入，達(dá)到高的效益和產(chǎn)出，有利于維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠和安全，最終達(dá)到改造的目的。我們選

4、用最先進(jìn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)解決滑觸線數(shù)據(jù)通信受限非常適合，無(wú)線的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)也很好地滿足了我們此次改造的需求。經(jīng)過(guò)測(cè)試無(wú)線通信覆蓋區(qū)域、信號(hào)強(qiáng)度、抗干擾、實(shí)時(shí)性及數(shù)據(jù)交換量對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度的影響等多方面性能指標(biāo)，通過(guò)后，最終我們確定采用邦納電氣的ModbusRTU無(wú)線技術(shù)和產(chǎn)品。 2.2ModbusRTU無(wú)線技術(shù)特征 近年來(lái)，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化控制領(lǐng)域開(kāi)始出現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)通訊的開(kāi)放型無(wú)線通信控制技術(shù)，其特點(diǎn)是可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通訊速度快、數(shù)據(jù)傳輸量大、維護(hù)成本低。無(wú)線控制技術(shù)打破了傳統(tǒng)有線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，在適用范圍、可擴(kuò)展

5、性、可維護(hù)性以及抗故障能力方面，較之現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都有明顯的優(yōu)勢(shì)。無(wú)線通訊是未來(lái)自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)之一，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。ModbusRTU是為PLC設(shè)計(jì)的一種通信協(xié)議，可以很方便地進(jìn)行Modbus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。DataRadio是美國(guó)邦納公司最新開(kāi)發(fā)出來(lái)的系列無(wú)線產(chǎn)品，是一種工作在2.4GHzISM頻段的工業(yè)無(wú)線串口通訊設(shè)備，遵循ModbusRTU傳輸協(xié)議，用于工業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)的通訊，用于擴(kuò)展Modbus工業(yè)網(wǎng)絡(luò)或串行通訊網(wǎng)絡(luò)的通訊距離，具有安全、可靠、耐用、高速、高效的特點(diǎn)，可以替代有線和傳統(tǒng)通訊中所使用的硬接線，實(shí)現(xiàn)可靠的通信連接。它采用ModbusRTU傳送模式，可與Modbu

6、s串行網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。 2.3新無(wú)線方案的總體構(gòu)思 新無(wú)線方案中，可以完全取消2極信號(hào)滑線、2個(gè)主導(dǎo)軌放大器、6個(gè)小車放大器和24片小車信號(hào)碳刷，取而代之的是主站DataRadio無(wú)線模塊和從站DataRadio無(wú)線模塊。在主控系統(tǒng)DP主站一側(cè)設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將DP主站發(fā)送給DP從站的通訊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議，通過(guò)主站DataRadio，將數(shù)據(jù)發(fā)送給小車上的從站DataRadio，從站DataRadio接收到數(shù)據(jù)以后，通過(guò)從站上的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將無(wú)線MODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)換為PROFIBUS總線數(shù)據(jù)，傳送給小車ET200SDP從站。ET200S接收到此數(shù)據(jù)后就可進(jìn)行處理和調(diào)用。 3無(wú)

7、線通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 3.1地面主控系統(tǒng) 地面主控系統(tǒng)以S7-300PLC為主控核心，以CPU315-2DP為profibus-DP總線網(wǎng)絡(luò)的主站，處理所有地面與小車、小車與小車之間以及輸送系統(tǒng)與工藝設(shè)備的數(shù)據(jù)交換及生產(chǎn)線的所有信息采集與監(jiān)控。由于PROFIBUS總線協(xié)議無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，要實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，必須將PROFIBUS總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為ModbusRTU協(xié)議，而邦納的DaTaRadio無(wú)線產(chǎn)品支持ModbusRTU無(wú)線協(xié)議。因此，我們?cè)谥骺叵到y(tǒng)中，配置了一個(gè)NT50-DP-RS協(xié)議轉(zhuǎn)換器和一個(gè)邦納DataRadio無(wú)線收發(fā)器。NT50轉(zhuǎn)換器用于將S7-300PLC一側(cè)的Profibus總線協(xié)議

8、轉(zhuǎn)換為ModbusRTU協(xié)議，提供給無(wú)線收發(fā)器使用。主DataRadio無(wú)線收發(fā)器遵循ModbusRTU協(xié)議，以無(wú)線方式向三個(gè)小車上的從DataRadio發(fā)送和接受通信數(shù)據(jù)。 3.2車載控制系統(tǒng) 六臺(tái)小車的車載控制系統(tǒng)以ET200SPLC為核心，以IM151-7CPU為Profibus-DP總線網(wǎng)絡(luò)的從站，完成小車啟動(dòng)、停止、前進(jìn)、后退，吊具的上升下降、夾緊松開(kāi)及各工序工藝時(shí)間的控制，實(shí)現(xiàn)小車的智能化。我們?cè)谲囕d控制系統(tǒng)中，同樣配置了一個(gè)NT50轉(zhuǎn)換器和一個(gè)從DataRadio無(wú)線收發(fā)器。小車從DataRadio用于接收來(lái)自主DataRadio以ModbusRTU協(xié)議方式發(fā)送過(guò)來(lái)的無(wú)線通信數(shù)據(jù)

9、，再將此無(wú)線數(shù)據(jù)以ModbusRTU協(xié)議有線方式傳送給NT50轉(zhuǎn)換器，NT50轉(zhuǎn)換器對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換，將ModbusRTU協(xié)議轉(zhuǎn)換為Profibus-DP協(xié)議，再將數(shù)據(jù)以Profibus協(xié)議有線方式傳遞給小車的ET200SPLCDP從站進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)車載PLC與地面主控PLC的數(shù)據(jù)交換。 3.3無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建立 我們根據(jù)兩條環(huán)行線分布特性，首先分段布控，先建單網(wǎng)，再建雙網(wǎng)，最后雙網(wǎng)聯(lián)控，建立“一控三雙向同步收發(fā)”機(jī)制，開(kāi)發(fā)出“自行小車控三雙向同步收發(fā)Modbus-RTU無(wú)線通訊雙網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)”。我們?cè)诳傃b環(huán)形線和底板環(huán)行線各自分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立兩個(gè)各自獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，分別控制

10、總裝環(huán)形線三臺(tái)自行小車和底板環(huán)行線三臺(tái)自行小車。這樣，信號(hào)通信強(qiáng)度大大增強(qiáng)，信號(hào)的抗電磁干擾能力也大大提高，這種雙網(wǎng)絡(luò)無(wú)線架構(gòu)大大提高了通信的穩(wěn)定性和可靠性。兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)部各自獨(dú)立，單獨(dú)控制，互不干擾，互無(wú)影響，但在外部都在S7-300PLC的統(tǒng)一控制之下，又是互相聯(lián)系的，即單控又聯(lián)控，各有職責(zé)分工，在主控PLC的統(tǒng)一控制和調(diào)度下協(xié)調(diào)、有序、順暢地工作?？傃b無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和底板無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上完全相同，只是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和地址設(shè)定有所不同，下面以底板無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行說(shuō)明。 4通信程序的開(kāi)發(fā) 我們?cè)谥骺叵到y(tǒng)DP主站的CPU和小車DP從站的CPU中分別開(kāi)發(fā)編制了通信控制程序，二者的通信程序基本相同，只是雙方的

11、輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)正好顛倒，主控系統(tǒng)的輸入?yún)^(qū)連接自行小車的輸出區(qū)，主控系統(tǒng)的輸出區(qū)連接自行小車的輸入?yún)^(qū)。我們首先將主控系統(tǒng)DP主站所有要發(fā)送給小車DP從站的數(shù)據(jù)打包，集中存儲(chǔ)在CPU的DB12數(shù)據(jù)塊中，再在程序中調(diào)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能塊SFC15數(shù)據(jù)寫入程序，CPU在PLC主站的過(guò)程映像地址區(qū)分配輸出地址W#16#34，即24字節(jié)輸出映像區(qū)PQB52-PQB75。在SFC15寫數(shù)據(jù)命令下，CPU將程序中DB12數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)先打包，再通過(guò)主站的PQB52-PQB75輸出映像區(qū)集中發(fā)送出去。在小車PLC程序中，需要調(diào)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能塊SFC14數(shù)據(jù)讀出程序，在小車PLC從站的過(guò)程映像地址區(qū)分配輸入地

12、址W#16#40，即24字節(jié)輸入映像區(qū)PIB64-PIB87，用來(lái)接收主站發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。在SFC14讀數(shù)據(jù)命令下，CPU將輸入地址區(qū)PIB64-PIB87接收到的打包數(shù)據(jù)再集中解包，存儲(chǔ)到CPU程序中的DB27數(shù)據(jù)塊中，可供主控系統(tǒng)PLC各程序調(diào)用。同理，自行小車將發(fā)送給主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)先集中打包到DB11數(shù)據(jù)塊中，在小車CPU的SFC15寫數(shù)據(jù)命令下，CPU為地址映像區(qū)分配輸出地址W#16#D，即24字節(jié)輸出映像區(qū)PQB13-PQB37，指定此接口用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。在主控系統(tǒng)一端，CPU在SFC14讀數(shù)據(jù)命令下，為地址映像區(qū)分配24字節(jié)輸入地址區(qū)PIB13-PIB37，指定該接口接收數(shù)據(jù)。輸入地址區(qū)接收到來(lái)自小車的數(shù)據(jù)后，先解包再存儲(chǔ)到DB13數(shù)據(jù)塊中。 5結(jié)束語(yǔ) 基于ModbusRTU無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的自行小車無(wú)線控制系統(tǒng)改造成功、投入運(yùn)行以后，狀態(tài)穩(wěn)定可靠，徹底消除了自行小車通訊故障頻發(fā)的頑疾，達(dá)到了縮短節(jié)拍、提升產(chǎn)能、提高性能、提高可靠性、降低故障率的目標(biāo)。尤其是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)從調(diào)試開(kāi)始到目前一直表現(xiàn)相當(dāng)穩(wěn)定，是此項(xiàng)目取得成功的關(guān)鍵。通過(guò)此項(xiàng)目證明了ModbusRTU無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信可靠，應(yīng)用在環(huán)行自行小車自動(dòng)控制系統(tǒng)中能夠充分發(fā)揮