無線網橋技術在工廠設備維護中的應用

王詩凱，何 佳，符國建

（上海工具廠有限公司，上海 200093）

0 引言

數控設備及系統的發展日益功能化、網絡化、數據化，對工廠的輔助設施的配套要求也逐漸增加，新建工廠配套完整。而已建工廠新設備引進過程中在常規電、氣、液的必須配套的情況下，許多數控設備在激活及調試的過程中，都需要廠家聯網調試及激活。已建工廠在早期規劃中未考慮到網絡需求環節，單獨鋪設網線費時、費力且由于使用頻率少經濟性差。許多進口設備都搭載基于西門子840D 數控系統，在調試中及其復雜。有時由于現場提出新要求則利用系統自帶TeamViewer 軟件遠程聯網境外廠家技術進行修正和更新。在已處于正常生產中工廠車間單獨鋪設網線費時、費力。

無線網橋利用WiFi 2.4G高速無線網絡傳輸技術配合內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線（圖1）。

1 各類網絡通信方式在數控設備上的應用

目前數控設備通信方式分為以太網接口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。取而代之以太網接口RJ45具有接口通用、高速穩定、長距離傳輸等優勢，逐漸在各類新型數控設備上使用，承擔內部總線及外部聯網作用。

圖1 無線網橋實物

圖2 左側RS232 右側RJ45網絡接口

以太網接口RJ45 是常見的網線接口，使用雙絞線+水晶頭組合。優勢在于其通用轉換性，在數據傳輸時兩端都為以太網接口RJ45，中間部分在無法有效使用雙絞線連接時可根據現場情況通過其他接口或線纜轉換使用。如：光纖收發器（光通信）、電力貓（電力通信）、無線網橋（無線通信）、4G 傳輸（移動通信）。

2 無線網橋系統構成

無線網橋系統主要由發送端（AP）、客戶端（Client）、管理端（路由器、AP 管理器、PC 電腦）組成（圖3）。其中發送端與客戶端設備為相同設備可根據終端網絡位置需要功能互換使用（即終端網絡可以是辦公室網絡端也可以是數控設備網絡端）（圖4）。管理端主要負責WAN 終端網絡接入（互聯網或局域網）分配LAN 端口IP 地址，根據工廠實際網絡情況選用路由器作為管理端配置網橋。

2.1 硬件構成及性能

2.1.1 無線網橋端

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

圖3 無線網橋典型點對點傳輸系統

同時在供電方面除常規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，實現網絡信號和電力的一體傳輸（在應用中無需使用，但在特殊工況下經試驗在60 m 內能100 M滿速傳輸，可有效節省的布線距離）。

圖4 無線網橋接口部分主子端切換

圖5 左側雙極化天線結構右側扇形信號覆蓋方式

在該網橋WEB管理系統中，提供人性化設置，無線網橋發射功率線性可調，同時支持設備工作參數集中查看功能，實時掌握設備工作狀態（圖7）。

圖6 PoE 供電接線及PoE 供電模塊實物

圖7 無線網橋內置管理界面

無線網橋在子主端硬件配對時內置智能指示燈，通過自動運算距離與信號強度、應用數據的關系，科學選擇最佳信號擺放位置，并通過指示燈的數量顯示型號強度，能快速找到對應的布置點位（圖8）。

2.1.2 路由管理端

使用路由管理端為普聯企業VPN 路由器TL-R478（圖9），端口傳輸速度為百兆，由于在無線網橋應用中主要以無線網橋為主，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 撥號上網或靜態IP 端上網即可，并配合靜態路由配置實現內外網互訪）。

2.2 軟件構成及功能

2.2.1 無線網橋端

圖8 無線網橋側邊信號燈

提供AP（發送端或主端）、Client（客戶端或子端）兩種工作模式，可通過WEB 管理系統集中查看無線信號質量、射頻狀態、無線客戶端等系統工作參數，實時監控設備工作狀態。

2.2.2 路由管理端

由于工廠網絡配置因素，采用配置靜態IP 端實現互聯網訪問，同時根據需求設置相應的靜態路由表及端口轉發實現內網PC 端訪問。

20世紀70年代，山東革委地質局在萊蕪胡家莊地區開展了以評價含稀土碳酸巖為主的普查找礦工作，發現該地區的含稀土碳酸巖具有較重要的經濟和研究價值。

2.3 組網方式

應用中為點對點對等網絡組網傳輸方式，由于一般只需要數控設備RJ45 網絡口通過無線網橋后再經路由管理端連接互聯網或局域網遠端PC 即可。并可根據實際使用情況在單臺數控設備或多臺數控設備同時經過無線網橋進行聯網數據傳輸，只需增加或減少無線網橋客戶端硬件數量即可（圖10）。同時還能利用無線網橋在多臺數控設備組網的情況下，實現星型拓撲網絡結構，使數控設備不僅能單獨訪問互聯網遠端PC，且還能相互通信復制數控程序文件。

圖9 應用中TL-R478 路由器實物

3 無線網橋現場應用

3.1 應用背景介紹

螺紋刀具廠生產車間建成時間較長，以前都是些普通機床和簡易數控設備無需網絡配置，故全車間只有兩個網絡端口分布于生產線兩端且年久傳輸不穩定（圖11、圖12）。從前年開始新引進的數控設備軟件和硬件配置較高，在外方技術員安裝調試和后續使用中出現故障時都需要網絡支持遠程德方廠家技術操作。而這些新設備的定置點往往又根據工段生產及工藝順序安置較為分散。如果布設網線，首先是使用頻率低（新機調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濟。

圖10 利用無線網橋實現多設備星型拓撲網絡

圖11 車間網絡端口及所需網絡數控設備分布簡圖

3.2 硬件設備與軟件配置

3.2.1 硬件設備

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

圖12 二樓辦公室安裝無線網橋主端

3.2.2 軟件配置

（1）無線網橋配對設置，子、主端無線網橋分別通電開機并相互靠近時期自動識別配對，在經過約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IP 設置，路由器通電開機后使用網線連接任意LAN 接口至PC 端登錄WEB 管理界面，在上網設置中選擇靜態IP 后填寫相應IP、網管、子網掩碼、DNS 服務器后按系統提示重啟即可（圖14）。

3.3 現場應用方式

（2）使用1 根網線分別接入路由器及無線網橋發送端（主端）LAN 接口，無線網橋通電開機并將定向天線朝向所需聯網數控設備位置安裝（圖15）。

（3）使用1 根網線分別接入數控設備RJ45 網絡口及無線網橋客戶端（子端）LAN 接口，無線網橋通電開機并盡可能往高處朝向無線網橋發送端（主端）位置安裝（可根據無線網橋上信號燈數量判斷）（圖16）。

圖13 無線網橋主端界面中顯示與子端連接狀態

圖14 靜態IP 設置界面

圖15 二樓安裝路由管理端及無線網橋主端

圖16 無線網橋子端在數控設備上安裝

（4）查看數控設備中本地網絡連接是否獲取對應IP 地址及網絡通斷狀態。

（5）啟動數控設備中TeamViewer 遠程協助軟件，查看聯網獲取賬戶是否正常。

3.4 現場傳輸性能測試與其他聯網方式對比

現場測試采用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 及以上標準網線在兩臺電腦上測試傳輸速度）；②電力貓系統（兩臺電力貓分別安裝在數控設備端和二樓辦公室網絡交換機端）；③無線網橋系統。

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

3.5 結果分析

圖17 軟件在方案①時測試界面

表1 測試結果

首先方案②由于電力貓傳輸在220 V 交流電基礎上使用而且需在不能帶有濾波穩壓器同一電網內使用，現場情況是二樓辦公室與車間不在同一電網內，且車間電網帶有濾波穩壓器用以保護設備，故電力貓方案失效。

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

4 無線網橋經濟性測算（表2）

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

表2 無線網橋經濟性測算

5 無線網橋的擴展應用

無線網橋作為架設在空中的隱形網線，其最初目的為適應礦山及電梯井監控而研發。現在將其利用在不易二次布線的車間環境中，除了能為數控設備提供網絡支持外，還能為車間任意一處需要臨時性布網需求的地方提供點對點或點對多點的局域網及互聯網服務。例如：①設備維修時，廠方技術員一般會在現場架設臨時辦公及修理區。這時就能通過路由管理端+無線網橋+交換機的模式在0.5 h 內快速完成點對多點的網絡架設提供內外網服務；②大數據時代下，對設備產能及運行周期的實時掌控和數據統計，也是對工廠生產綜合成本測算的有力支撐。數據的傳輸都依賴網絡技術，利用無線網橋點對多點網絡架構，即路由管理端+無線網橋發送端（單個）+無線網橋客戶端（多個）—連接機床數據采集器（多個），就能同時完成多臺設備產能運行數據的采集分析，而且采集設備能靈活變動而不需要二次布線（圖18）。

圖18 可利用無線網橋技術對設備實時網絡監控

6 結束語

通過靈活利用無線網橋技術使其在數控設備及工廠車間發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。希望通過此次應用案例為廣大從事機修保養工作的技術及操作人員提供更多新思路、新想法。