西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)在WK-20 電鏟通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

周 榮

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

引言

目前，WK-20 電鏟在國內(nèi)外大型露天礦已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在電鏟工作過程中，為了對下車部分進(jìn)行精準(zhǔn)控制，需要采集行走機(jī)構(gòu)的電磁閥、氣壓檢測開關(guān)、制動器限位開關(guān)，電機(jī)繞組溫度、電機(jī)軸承溫度、減速機(jī)油溫等多個開關(guān)量信號和模擬量信號。因集電環(huán)的環(huán)數(shù)有限及存在磨損和接觸不良等缺點(diǎn)，限制了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量和質(zhì)量。借助于西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)（IWLAN）技術(shù)和產(chǎn)品線可以實(shí)現(xiàn)上車與下車的無線通信，有效地傳輸各類型的數(shù)據(jù)。

西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)（IWLAN）產(chǎn)品線十分可靠、功能強(qiáng)大、數(shù)據(jù)安全，適用于室內(nèi)室外的各種極端條件。特別是SCALANCE W700 產(chǎn)品線，其采用了多輸入多輸出的多重傳播技術(shù)，無線設(shè)備可以并行使用多個天線，能夠大幅度降低電磁干擾并提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，采用抗沖擊外殼，防水防塵（IP65），抗振動和撞擊，抗電磁干擾，PCB 外涂層可防止冷凝，完全適應(yīng)于露天礦電鏟的工況條件。

1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)硬件組成

1）PLC 使用西門子S7-1500 系列CPU 1518-4 PN/DP，ET200MP 接口模塊使用IM155-5 PN ST，其他使用通用的開關(guān)量和模擬量的輸入輸出模塊，通信方式為PROFINET-PN。

2）無線接入點(diǎn)AP 使用SCALANCE W774-1 RJ45，無線客戶端Client 使用SCALANCE W734-1 RJ45，均帶2 個用于連接外置天線的RSMA 接口，支持IEEE 802.11N 協(xié)議以及2.4 GHz/5 GHz 頻段，最高傳輸速率300 Mbit/s。

3）天線使用ANT795-6MN 全向天線，天線增益6/8dBi，IP65（-40～+80 ℃）。天線RSMA 接頭終端電阻T1795-1R，50 Ω。

4）使用激活I(lǐng) Features 功能的交換介質(zhì)卡，能夠儲存配置數(shù)據(jù)，以便用于快速更換發(fā)生故障的設(shè)備，若設(shè)備出現(xiàn)故障，它能在沒有PC 的情況下用SCALANCE W 配件進(jìn)行設(shè)備替換。該交換介質(zhì)卡可用于帶有K-PLUG 插槽的SCALANCE W700 IEEE 802.11N 產(chǎn)品的接入點(diǎn)或者客戶端。KEY-PLUG W780 I Features用于SCALANCEW接入點(diǎn)AP，KEY-PLUG W740 I Features用于SCALANCEW客戶端Client。

1.2 系統(tǒng)硬件安裝

在電鏟上車的右側(cè)電氣室內(nèi)安裝PLC 的CPU 機(jī)架和上車右側(cè)接入點(diǎn)AP1，在上車的左側(cè)潤滑室內(nèi)安裝ET200MP 機(jī)架和上車左側(cè)接入點(diǎn)AP2，使用西門子專用網(wǎng)線連接。上車右側(cè)AP1 和上車左側(cè)AP2 各帶2 個蘑菇頭全向天線，分別安裝在右側(cè)走臺的前部和后部，左側(cè)走臺的前部和后部，確保與下車無線客戶端Client 的蘑菇頭全向天線的360°無死角連接。

在電鏟下車控制箱內(nèi)安裝ET200MP 機(jī)架和無線客戶端Client，使用西門子專用網(wǎng)線連接。在行走電機(jī)支座的上部安裝1 個蘑菇頭全向天線與客戶端的R-SMA 接口的R1A1 連接，R1A2 接口連接終端電阻T1795-1R[1]。

模塊之間連接的以太網(wǎng)電纜與天線的饋線均穿金屬屏蔽軟管，確保信號不受干擾。系統(tǒng)硬件構(gòu)成見下頁圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

2 系統(tǒng)硬件配置

2.1 接入點(diǎn)與客戶端IP 地址分配

對于新的接入點(diǎn)模塊和客戶端模塊，IP 地址為缺省地址0.0.0.0，需要進(jìn)行IP 地址的分配。使用調(diào)試網(wǎng)線分別將PC 與各個模塊連接，借助于網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和診斷工具PRONETA 軟件，進(jìn)行模塊IP 地址分配。

2.2 接入點(diǎn)與客戶端無線配置

1）登錄：在瀏覽器中輸入分配好的IP 地址進(jìn)行登錄，默認(rèn)登錄名與密碼均是admin，登錄后必須進(jìn)行密碼修改，修改完成后再次登錄。

2）在常規(guī)欄內(nèi)，對模塊進(jìn)行名稱和安裝位置備注，方便識別不同的模塊。

3）進(jìn)入Interfaces 界面進(jìn)行配置。在Basic 欄內(nèi)，設(shè)置國家代碼，不同的國家對無線設(shè)備的管制標(biāo)準(zhǔn)不同，允許的發(fā)射功率與信道都不一樣；設(shè)置設(shè)備模式，接入點(diǎn)設(shè)置模式為AP，客戶端設(shè)置模式為Client。

4）工作頻段選擇：2.4 GHz 頻段應(yīng)用的比較多，衰減相對弱，同頻干擾重；5 GHz 頻段應(yīng)用的比較少，同頻干擾小，選擇5 GHz 頻段。

5）工作模式選擇：對電鏟來說，傳輸?shù)氖情_關(guān)量信號以及少量的模擬量信號，通信的數(shù)據(jù)量相對較少，無線工作模式選擇802.11a。

6）天線配置：對于天線發(fā)射功率，需要根據(jù)天線的配置來進(jìn)行設(shè)置，若超過國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射功率，需要衰減天線的發(fā)射功率。在Antennas 欄內(nèi)，設(shè)置天線的類型，ANT795-6MN 全向天線，接入點(diǎn)AP 設(shè)置2個天線，客戶端Client 設(shè)置1 個天線，未使用的天線接口選擇Not used，并在天線接口上連接一個50 Ω 的終端電阻；天線饋線的長度根據(jù)實(shí)際長度進(jìn)行設(shè)置。

7）激活WLAN：在天線配置完成后返回Basic 欄設(shè)置使能無線網(wǎng)口WLAN。

8）信號選擇：在Allowed Channels 欄內(nèi)選擇使用的信道。

9）SSID 設(shè)置：對于接入點(diǎn)來說，在AP 欄內(nèi)設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)的識別名SSID，取消廣播設(shè)置；對于客戶端來說，選擇MAC MODE 為2 層透傳模式Layer 2 Tunnel，指定SSID 為上層接入點(diǎn)AP 的SSID，為使漫游速度更快，設(shè)置為客戶端主動模式。在Force Roaming欄內(nèi)，設(shè)置強(qiáng)制漫游功能。

10）激活I(lǐng)PCF：前提條件必須是開放系統(tǒng)，取消密碼設(shè)置。電鏟上使用2 個接入點(diǎn)AP，1 個客戶端Client，客戶端需要在2 個AP 之間漫游，則須在I Features 欄內(nèi)，選擇ENABLE IPCF，PROFINET[2]。

2.3 硬件組態(tài)

在西門子TIA_Portal_V17 軟件內(nèi)進(jìn)行硬件組態(tài)，組態(tài)的元件有PLC_CPU 模塊、上車右側(cè)AP1 模塊、上車左側(cè)AP2 模塊、下車Client 模塊、下車ET200MP模塊，并分配各自的IP 地址，對于AP 與Client，IP 地址需要與上面設(shè)置的IP 地址一致，開關(guān)量和模擬量的輸入輸出模塊設(shè)置尋址地址，保存編譯。硬件組態(tài)見圖2。

圖2 硬件組態(tài)

3 數(shù)據(jù)傳輸

使用PC 連接PLC_CPU，將組態(tài)下載到CPU 內(nèi)，在線分配設(shè)備名稱。再通過PING 下車客戶端Client與ET200MP 接口模塊的IP 地址來檢測上下車之間的無線通信，數(shù)據(jù)能夠正常發(fā)送與接收，則說明上下車無線通信已經(jīng)成功建立。這時，即可在TIA_Portal_V17 軟件內(nèi)，編輯程序，在線監(jiān)測。

下車開關(guān)量輸入信號：右側(cè)行走電機(jī)風(fēng)機(jī)電源、左側(cè)行走電機(jī)風(fēng)機(jī)電源、右側(cè)行走電機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行、左側(cè)行走電機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行、右側(cè)行走氣壓監(jiān)測、左側(cè)行走氣壓監(jiān)測，右側(cè)行走制動器打開限位、右側(cè)行走制動器磨損限位，左側(cè)行走制動器打開限位、左側(cè)行走制動器磨損限位等信號均能正常通過西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)傳輸?shù)缴宪嚨腜LC_CPU 內(nèi)。

下車開關(guān)量輸出信號：右側(cè)行走風(fēng)機(jī)接觸器、左側(cè)行走風(fēng)機(jī)接觸器、右側(cè)行走電磁閥、左側(cè)行走電磁閥、右側(cè)行走電機(jī)加熱器接觸器、左側(cè)行走電機(jī)加熱器接觸器等信號均能正常通過西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)被下車ET200MP 接收到。

下車模擬量輸入信號：右側(cè)行走電機(jī)繞組PT100、右側(cè)行走電機(jī)傳動軸承PT100，左側(cè)行走電機(jī)繞組PT100、左側(cè)行走電機(jī)傳動軸承PT100，右側(cè)行走減速機(jī)PT100，左側(cè)行走減速機(jī)PT100 等模擬量信號均能正常通過西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)傳輸?shù)缴宪嚨腜LC_CPU 內(nèi)。

4 結(jié)語

隨著礦山智能化與無人化的發(fā)展，需要采集的電鏟各個部位的狀態(tài)和信號的數(shù)據(jù)日益增多，以便對電鏟有全面了解，從而進(jìn)行精準(zhǔn)控制，借助于西門子工業(yè)無線局域網(wǎng)SCALANCE W700 產(chǎn)品線與技術(shù)，使電鏟上車與下車之間受限的通信數(shù)據(jù)傳輸問題得到了根本上的解決，不再受制于集電環(huán)硬件因素的影響。