5?GHz局域網在籠絞機中的應用

汪鑫

[摘? ? 要]對于電線電纜生產而言，籠絞機是必不可少的設備。籠絞機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行數據的交換。介紹了5 GHz無線局域網在籠絞機通信中運用的一些特點及結果，以及其在籠絞機中的應用方式，提高籠絞機運行的穩定性，提供通信速率。

[關鍵詞]5 GHz無線;無線局域網;籠絞機

[中圖分類號]TN911.8 [文獻標志碼]A [文章編號]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

目前籠絞機中的放線張力控制主要采用Profibus的通信方式進行數據傳輸，雖然Profibus具有高速低成本的特點，但隨著產品的更新換代，Profinet的應用變得更加廣泛。但不管是Profibus或者Profinet通信，都是使用有線進行連接，當籠絞內部與外部進行有線連接，就必須使用精密滑環。由于滑環需要經常維護及其較短的使用壽命特點，導致通信的穩定性受到很大的影響，并且對設備的維護帶來諸多不便。

無線通信為工業發展帶來了新機遇，提供了靈活，高效的自動化解決方案。隨著5 GHz的技術發展壯大，以其“更高網速、低延時高可靠、低功率海量連接”的特點，為設備之間的通信提供了高速通道。為解決籠絞內部與外部進行通信提供了新的解決方案。

1 5 GHz局域網系統的構成

系統硬件構成見表1，網絡結構構成如圖1所示。

接入點使用SCALANCE W774-1RJ45，客戶端使用SCALANCE W734-1RJ45。接入點及客戶端均滿足支持IEEE 802.11a/b/g/h/n通信協議，2.4 GHz/5 GHz頻段;兩個R-SMA天線接口，2x2：2MIMO，在IEEE802.11n模式下，最多可達到300 Mbit/s;IP30防護等級，工作溫度-20～60 ℃，抗冷凝，金屬材料，外形符合SIMATIC S7-1500設計風格;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導軌安裝、S7-300導軌安裝與S7-1500導軌安裝。特別適用于控制柜內的安裝環境。

外接天線用于優化無線覆蓋的應用，可以提供可靠的無線覆蓋。MIMO天線使用多路徑傳播，可以同時傳輸3個數據流。多數據流傳輸在增大數據吞吐量的同時也增強數據傳輸的可靠性。

由于設備在運轉中速度快、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，防護等級達到IP65。能有效防護現場的復雜環境。

為避免當無線通信出現意外而發生掉線，導致生產意外停機的發生，保留了Profibus通信的使用。

2 5 GHz局域網系統完成的功能

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行反饋。每段絞體內部均有一個單獨的控制系統控制絞體上12個放線張力，稱為放線張力控制系統。整套設備有一套控制系統控制設備的運行，并進行人機交互，稱為絞籠控制系統。通過5 GHz局域網系統將絞籠控制系統及3個放線張力控制系統接入同一個5 GHz網絡，利用此網絡進行高速的數據傳輸，同時絞籠控制系統與放線張力控制系統也在同一個Profibus網絡。用戶通過人機界面設定放線張力工藝參數，參數數據通過無線網絡及Profibus網絡兩種方式發送到放線控制系統，放線控制系統優先采用無線網絡的數據，只有當無線網絡出現故障時才會采用Profibus網絡的數據，并且發出警告，當兩個網絡均出現故障時，停止傳輸數據并報警。放線系統根據工藝數據進行自動控制，同時放線系統將生產過程中的數據（當前張力值，盤徑值等）也通過無線網絡及Profibus網絡發送到絞籠控制系統，這些數據通過HMI進行顯示，方便用戶監視生產過程。同樣的絞籠控制系統會優先采用無線網絡的數據。這樣就實現了放線控制系統與籠絞控制系統的數據傳輸的整個過程。

2.2 功能實施

首先使用組態軟件博圖對硬件進行組態，硬件組態完成后進行網絡拓撲的組態，完成后根據網絡拓撲進行網絡布線。

布線完成后使用組態軟件對無線接入點進行網絡名稱及IP的分配。打開WEB瀏覽器輸入無線接入點的IP并確認，打開無線接入點的管理頁面，輸入默認的用戶名及密碼。在隨后的密碼修改界面中，輸入當前密碼和新設置的密碼，點擊Set Value確認。用新的密碼進行登錄。進入管理頁面Interfaces——WLAN，在Basic標簽頁面中，配置國家代為China，設備模式為AP，然后單擊Set Value確認。再根據實際使用的天線在Antennas頁面配置天線，單擊Set Value確認。配置好天線后返回Basic標簽頁，勾選Enabled選擇框，Frequency Band選擇5 GHz，單擊Set Value確認，即可激活無線接口。

為進行通信，將在頻段內使用一個特定的通道，用戶既可以具體設置此通道，也可以組態為自動選擇通道。在Allowed Channels頁面指定可能用于通信的通道，單擊Set Value確認。確認好通信的通道以后，在AP選項卡中選擇默認的信通，同時配置無線系統的SSID，單擊Set Value確認，即可設置好該無線系統的名稱。

進入管理頁面Security——WLAN頁面，選擇認證和加密類型并輸入密碼，單擊Set Value確認，無線系統密碼設置成功。AP配置完成以后，還需要對客戶端進行配置，同樣的方法對三個客戶端進行名稱及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標簽頁面，配置信息與AP一致，然后單擊Set Value確認。在Antennas選項下配置天線，根據實際所用的天線進行選擇，點擊Set Value確認。配置完天線后，再回到Basic Page，使能無線連接，單擊Set Value確認。

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。

選擇Client選項卡，進入Client配置頁面，MAC Mode模式選擇Layer2Tunnel（當客戶端通過以太網連接多個設備并且與AP側設備進行PN IO通信時，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。進入管理頁面Security——WLAN頁面，將認證和加密類型及密碼設置為與AP一致。單擊Set Value確認?？蛻舳伺渲猛瓿?，可以在Information——WLAN下查看Available AP，顯示可用接入點。同樣的方式配置另外兩個客戶端。

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登錄的客戶端以及其他信息，例如狀態、信號強度、MAC地址。

Profibus網絡的配置與常規Profibus配置相同，使用正常的組態即可。

2.3 網絡切換

絞籠控制系統發送心跳脈沖到放線張力控制系統，同時放線張力控制系統發送心跳脈沖到放線張力控制系統。絞籠控制系統與放線張力控制系統通過心跳檢測判斷5 GHz無線網絡與Profibus網絡通信是否正常：任何一方的心跳停止即認為通信掉線。一旦掉線，觸發警告系統，提醒用戶設備異常。當兩種通信均正常時，優先采用5 GHz無線的數據，只有檢測到無線心跳停止并且Profibus心跳正常時，才會采用Profibus的數據。當兩種通信都檢測到心跳停止，觸發報警系統，系統自動停機。等待故障排除，設備才能正常運行。

2.4 實施結果

當絞籠控制系統與每個放線張力控制系統的通信量為：462字節，AP與3個客戶端的距離分別為：5 m;20 m;35 m時。AP與客戶端的通信速率最大達到了65 m/s，是Profibus速率的4倍多。

3個客戶端的信號測試結果分別如圖2～圖4所示。

經過完整的系統調試，設備線速度運行到10 M/min，絞籠速度運行到53 min，5 GHz系統正常運行，信號穩定，無掉線現象產生。Profibus網絡通信正常，心跳檢測程序運行正常，兩種網絡完全實現了冗余效果。

3 結語

隨著生產廠家對設備因故障而停機的時間要求越來越短，傳統的Profibus通信方式已經不能完全滿足客戶的需求。隨著5 GHz無線的發展，無線網絡會極大地提高網絡通信的便利性，減少設備維護時間。

參考文獻

[1] 金克錦.西門子SIMOTIOND在電纜機械行業籠式絞線機中的應用[J].安徽科技，2013（10）：43-44.

[2] 席永平. OPGW設備籠絞機放線恒張力控制系統設計[D].上海：同濟大學，2004.