前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了無線通信在電動單軌輸送系統(tǒng)中穩(wěn)定性范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。
摘要:本文通過分析當(dāng)前國內(nèi)外光通信行業(yè)物流自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢和要求,結(jié)合自身智能工廠中物流自動化建設(shè)的實踐經(jīng)驗,提出了提升工業(yè)無線通信在電動單軌石英棒輸送系統(tǒng)中穩(wěn)定性的基本思路和實現(xiàn)方法。通過充分利用國內(nèi)外先進的工業(yè)無線通信技術(shù),一方面成功實現(xiàn)了電動單軌石英棒輸送系統(tǒng)實時對地定點通信,另一方面成功解決了在高度信號屏蔽性的凈化廠房內(nèi)遠距離通信過程中電動單軌石英棒搬運小車雙向控制數(shù)據(jù)經(jīng)常丟失的技術(shù)難題,實現(xiàn)了高純石英玻璃棒在生產(chǎn)制造過程中全自動化搬運,有效降低了現(xiàn)場操作人員的勞動強度,增強了生產(chǎn)過程中物料搬運的安全性,提升了企業(yè)的綜合競爭力。
關(guān)鍵詞:光通信;物流自動化;電動單軌;工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò);石英棒;穩(wěn)定性
1引言
近年來,隨著“寬帶中國”戰(zhàn)略的持續(xù)推進,“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃,以及“一帶一路”“中國制造2025”等為代表的國家政策層面因素的推動與保障,超大數(shù)據(jù)中心、超級云計算中心、視頻消費飛速增長、移動互聯(lián)網(wǎng)(5G)升級換代等,使我國光通信行業(yè)保持了較高景氣度。同時,伴隨著國內(nèi)人口紅利的逐步消失,各大光纖制造廠家產(chǎn)能持續(xù)釋放,通信行業(yè)同質(zhì)化競爭日趨嚴(yán)重,如何在眾多強企中脫穎而出,需要不斷尋求技術(shù)創(chuàng)新和突破,物流自動化就是其中一個重要突破口。隨著物流輸送系統(tǒng)自動化程度的不斷提高,無線通信技術(shù)在工業(yè)自動化技術(shù)中應(yīng)用日漸成熟,利用無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng),是未來自動化控制技術(shù)的主要發(fā)展方向。同時無線通信技術(shù)的引入,也帶來了新的問題,如網(wǎng)絡(luò)的實時信號穩(wěn)定性及本身固有的延時和丟包特點[1]。本文以我司使用的電動單軌石英棒輸送系統(tǒng)中搬運小車在正常運行過程中偶發(fā)停頓故障為例,對生產(chǎn)現(xiàn)場通信使用工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性進行了深入分析和研究探討。
2電動單軌石英棒輸送系統(tǒng)
該系統(tǒng)參照汽車行業(yè)電動單軌小車(ElectricalMonorailSystem,EMS)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,汽車行業(yè)EMS主要應(yīng)用于汽車部裝、焊裝、總裝車間物料及零部件的自動運輸。電動單軌石英棒輸送系統(tǒng)同樣由載物車、導(dǎo)軌、道岔、C型扣、剪刀差機構(gòu)、輔梁組成。集電器觸頭安裝于移動小車上,滑觸線安裝于輸送導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)形成有效供電系統(tǒng)。電動單軌石英棒輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。
3常用信號通信方式對比
設(shè)計初,信號通信方式優(yōu)先考慮使用有線通信,即通過超六類網(wǎng)線加路由器進行信號傳輸,因現(xiàn)場小車為懸掛自動運行結(jié)構(gòu),通信線若經(jīng)坦克鏈內(nèi)設(shè)布局,會受制于道岔及多頻次來回循環(huán)路徑干涉,難以實施。其次,考慮通過滑觸線進行信號傳輸,擬采用VAHLE的Powercom數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)為本電動輸送小車提供實施通信,其優(yōu)點在于可與法勒滑觸線系統(tǒng)配套使用,道岔處采用柔性電纜連接,缺點在于滑觸線現(xiàn)場制作安裝的效果對信號傳輸穩(wěn)定性存在重要影響,系統(tǒng)測試評估過程中頻繁出現(xiàn)集電極觸頭與滑觸線不能可靠接觸導(dǎo)致信號中斷的現(xiàn)象,需頻繁維護,而維護作業(yè)需在生產(chǎn)現(xiàn)場搭建腳手架進行高空特種作業(yè),對車間環(huán)境及安全管控均存在較大隱患,綜合評估此方案不符合現(xiàn)場試用要求??紤]無線信號在傳輸過程中可能出現(xiàn)強度衰減,現(xiàn)場設(shè)計了2對1的無線通信方式(即2個接入點1個客戶端的形式進行布局)以便對信號進行增強。系統(tǒng)設(shè)計主要通過BECKHOFF的ADS通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)無線傳輸,實現(xiàn)2大功能,功能1:移動小車相關(guān)信息的傳輸包括開關(guān)狀態(tài)、為實現(xiàn)低成本、免維護、易安裝的目的,嘗試采用無線通信技術(shù)。經(jīng)技術(shù)評估,選用PHOENIX的FL系列無線通信模組,以FLWLAN5100作為接入點,以WLANEPA作為客戶端,同時選用漏波電纜作為天線,將無線信號延伸至其所鋪設(shè)的位置,漏波電纜長度匹配導(dǎo)軌長度,進行暗裝敷設(shè),以確保軌道周圍無線信號全范圍覆蓋,實現(xiàn)現(xiàn)場AP與客戶端之間的無線信號有效傳輸。其漏波電纜鋪設(shè)方案如圖2所示。
4生產(chǎn)現(xiàn)場無線通信敷設(shè)方案設(shè)計
石英棒生產(chǎn)車間中工藝設(shè)備呈網(wǎng)格狀分布,左右跨度約35m,為了讓物料有效流轉(zhuǎn),現(xiàn)場采用32m直軌布局,如圖3所示,在直軌中段設(shè)計多節(jié)道岔,方便懸掛小車中途避讓,以及一旦任一小車出現(xiàn)故障后可臨停岔路進行設(shè)備檢修。位置信息、運動狀態(tài)、速度信息和剪刀差位置等信號;功能2:主控柜相關(guān)控制命令的傳輸包括載物車啟動、停止、剪刀差的升降、道岔動作等控制命令。其無線系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計如圖4所示。
5無線通信在實際應(yīng)用中穩(wěn)定性分析
在系統(tǒng)投運初期,EMS小車整體運行狀況良好,能夠滿足石英棒流轉(zhuǎn)要求,在運行一個月之后,現(xiàn)場操作人員反饋,某個小車在過程中會偶爾出現(xiàn)停頓現(xiàn)象,必須通過手動復(fù)位才能恢復(fù)運行。通過調(diào)試軟件進行在線監(jiān)控及小車實際運行過程跟蹤,未發(fā)現(xiàn)設(shè)備無線供電、限位開關(guān)觸發(fā)、機械卡死等異常狀態(tài)。通過進一步跟蹤和狀態(tài)記錄,EMS小車在多次往返運行過程中停頓的位置很具隨機性;因此,初步斷定故障原因很有可能為無線通信信號的穩(wěn)定性受到了一定的干擾??紤]無線網(wǎng)絡(luò)的特殊性,無線電磁波信號容易受到干擾或者是非法入侵,從而影響無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性及安全性。無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性是指無線網(wǎng)絡(luò)中信號應(yīng)該是持續(xù)良好的,信號強弱程度應(yīng)該是保持不變的,信號強度不受外界干擾而有所影響,即使是信號弱的地方也不能出現(xiàn)時強時弱時無的現(xiàn)象[2]。想要提高無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性,就必須對影響無線網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的因素進行分析,找出影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的原因,制定和實施相應(yīng)的措施。其影響穩(wěn)定性的因素主要有信號傳輸、環(huán)境干擾和網(wǎng)絡(luò)本身之間的干擾。屏蔽環(huán)境下信號傳輸一般通過漏波電纜進行,漏波通信主要涉及2個技術(shù)指標(biāo)。
5.1傳輸線特征阻抗
無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗,用z0表示。同軸電纜的特性阻抗的計算公式為(1)式中,D為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑;d為同軸電纜芯線外徑;εr為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)。通過計算z0=50Ω,其中漏波電纜負(fù)載阻抗zL選用型號為50Ω,與之匹配,饋線上只存在傳向終端負(fù)載的入射波,而沒有由終端負(fù)載產(chǎn)生的反射波,天線取得全部信號功率。
5.2饋線衰減系數(shù)
信號在饋線里傳輸,除有導(dǎo)體的電阻性損耗外,還有絕緣材料的介質(zhì)損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加。信號衰減系數(shù)計算公式為(2)式中,P1為輸入到饋線的功率;P2為長度為L(m)的饋線輸出功率;計算出衰減系數(shù)為19.8dB/100m,在實際運行中最遠距離為35m,信號理論衰減值為6.93dB,受環(huán)境因素影響衰減值略微偏大,但不足以影響信號整體穩(wěn)定性?,F(xiàn)場使用無線網(wǎng)絡(luò)信號掃描工具(InSSIDer)進行信號監(jiān)測,對信號名稱、強度、信道進行檢查并分析,無線網(wǎng)AP數(shù)量眾多,統(tǒng)計見表1。PxC_CSI與車間網(wǎng)絡(luò)Prod同處36信道且信號重疊嚴(yán)重,環(huán)境信號檢測結(jié)果如圖5所示。解決方案為對5100模塊重新進行參數(shù)設(shè)定,將2個AP通道分別設(shè)置為44和48,成為獨立通道,排除干擾可能性。其次對通信信號監(jiān)聽,將無線模塊IP地址與BECKHOFFCX51系列PLC控制器設(shè)置在同一網(wǎng)段(169.254.5.X),通過PC調(diào)試端進行信號監(jiān)控,對某一時間段進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理分析,如圖6所示。經(jīng)過以上分析可知:①無線信號的反饋時間高于有線信號的反饋時間;②無線信號存在波動性,即穩(wěn)定性能在某一時刻會受到干擾;③信號回復(fù)時間一般為2ms,最長回復(fù)時間為32ms。針對32ms延時問題,對PLC控制器掃描周期進行確認(rèn),打開TwinCAT3軟件,連接主控柜PLC程序,在硬件配置中打開Real-Time查看任務(wù)掃描周期為10ms,結(jié)果如圖7所示。因現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)配置無法縮短信號回復(fù)時間,故采用增加PLC掃描周期至80ms(數(shù)值過大,導(dǎo)致遠程通信模塊中斷),通過測試發(fā)現(xiàn)小車停頓現(xiàn)象消除。經(jīng)研究分析和技術(shù)探索,無線模塊迭代更新升級應(yīng)用WLAN1100替代前期WLANEPA,再嘗試通過無線信號發(fā)射功率調(diào)整(因車間凈化面板墻導(dǎo)致無線回傳率過高,可適當(dāng)降低功率至-5dBm),可有效提升整個無線網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性;此外,在經(jīng)濟及環(huán)境條件許可的情況下,可通過增加無線AP的數(shù)量(即增加無線設(shè)備分布密度,AP之間漫游切換時間需綜合考慮)來提高信號的穩(wěn)定性。
6結(jié)束語
通過本次無線通信在電動單軌石英棒輸送系統(tǒng)穩(wěn)定性分析,成功摸索出一套提高屏蔽車間電動輸送小車系統(tǒng)中無線通信穩(wěn)定性的技術(shù)手段,積累了無線通信設(shè)備故障解決的經(jīng)驗,為后續(xù)同類設(shè)備通信故障的解決提供了很好的借鑒。隨著智能制造在國內(nèi)制造業(yè)快速生根發(fā)芽,無線通信技術(shù)已快速滲透至智能搬運、智能輸送、智能倉儲等眾多物流自動化領(lǐng)域,對通信過程中收發(fā)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確率的要求將會越來越高,這也將直接影響到設(shè)備的高效性、可靠性、安全性等方面;因此,我們需在這方面繼續(xù)潛心研究,以保證無線通信系統(tǒng)高效助力智能物流。
參考文獻
[1]李孝云,劉琴,汪得亭,等.工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)在自行葫蘆輸送線的應(yīng)用[J].設(shè)備管理與維修,2016(6):54-57.
[2]傅敏.無線通信在汽車制造現(xiàn)場的典型應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程,2020(21):14-15.
[3]段水福,歷曉華,段煉.無線局域網(wǎng)(WLAN)設(shè)計與實踐[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,2007.
[4]劉湘倩.關(guān)于有線通信技術(shù)與無線通信技術(shù)對比分析.[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016(11):68.
[5]任曉勇.泄漏同軸電纜耦合損耗計算方法的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2007.
作者:施春林 趙海倫 薛欽 徐金田 單位:江蘇中天科技精密材料有限公司