无线局域网技术在圆形堆取料机中的应用

李金明，胡华君，高志良

目前，无线网络Wireless通讯技术开始在建材、港口、矿山、冶金等大型工业企业中大面积推广应用，因此，堆取料机设备采用无线网络技术将会是今后的一个发展趋势。圆形堆取料机的工作方式是堆料机和取料机分别在圆形料场内以中心柱为圆心支点做规律运动，分别实现堆料和取料。过去，老式堆取料机的控制部分需要单独的电缆滑车拖着大量控制信号电缆来回运动，长时间的运行磨损很容易造成滑车接触不良和电缆磨损断线，继而造成堆取料机的控制及连锁信号丢失，最终造成设备失控停车，甚至有可能发生堆料机与取料机撞车的危险。在这种情况下，堆取料机长期存在着安全隐患，且人员巡检维护工作量很大。以目前无线网络的科技发展水平，信号可以安全、稳定可靠地实现无线传输，因此可以将有线控制信号通过无线网络方式进行传输，从而达到控制堆取料机设备安全稳定运行、减少维护工作量的目的。

1 无线网络传输相比传统信号线缆控制的优点

使用无线网络传输控制方式，相比传统的滑车信号电缆控制方式有以下优点：

（1）系统可靠性高。无线网络信息通讯替代了滑车控制电缆部分，所有的控制信号电缆和接线都被取消，这就大大减少了系统故障点，提高了系统可靠性。

（2）信息通讯量大。通过无线网络通信模块建立无线网络进行信息交换，系统可以任意地增加所需的控制信号，信息交换量不再受过去滑车控制信号电缆数量的限制，可以将大量模拟量数据和所有故障报警信息都传送给工厂DCS，从而实现工厂DCS对堆取料机设备的全方位实时监控。

（3）电气安装简单且维护方便。取消了滑车控制信号电缆部分后，减少了大量的控制电缆安装接线工作，同时也减少了堆取料机控制柜和DCS I/O柜内大量的中间继电器和I/O模块的使用，使安装接线简单化，维护也更加方便。

2 无线局域网的发展及现状

无线局域网WLAN是利用当今不断发展的无线网络Wireless通讯技术发展而来的。WLAN全称为无线局域网络Wireless Local Area Networks，是一种利用射频技术进行数据传输的系统。WLAN使用无线电波在空中进行通信连接，可以取代旧式双绞铜线所构成的有线局域网络，弥补特殊工况下无法建立有线局域网络的不足，以达到网络扩展延伸的目的。无线局域网络能利用简单的存取架构，使用户由此实现无网线、无距离限制的网络通讯。常用的WLAN标准802.11a使用5GHz频段，支持最大速度为54Mbps；802.11b和 802.11g标准使用2.4GHz频段，分别支持最大速度为11Mbps和54Mbps；802.11n标准既可以使用2.4GHz频段也可以使用5GHz频段，支持最大速度可达300Mbps；WLAN网络覆盖范围最大可以达到5km（需要配置天线）。

菲尼克斯公司生产的WLAN 5100无线局域网模块具有功能强大、配置简单、可靠性高、易维护性强等特点。WLAN 5100支持802.11a/b/g/n标准；支持2.4GHz、5GHz双频段和最大300Mbps带宽速度；模块工作温度范围可达-40°C至+60°C；支持三种工作模式，可设置为接入点（Access Point）、客户端（Client）、中继器（Repeater）；模块安全功能符合802.11i标准，支持 WPA2、WPA-PSK、TKIP、AES；支持工业以太网协议PROFINET和Ethernet/IP；模块的天线支持MIMO技术并且可选配IP65套装外置盒，完全适应工况恶劣的工业自动化现场应用。

WLAN 5100典型配置应用接入点、中继器和客户端组网应用示意图见图1。

图1 WLAN 5100典型配置应用接入点、中继器和客户端组网应用示意图

3 无线局域网在圆形堆取料机上的应用及组态

某圆形堆取料机项目采用WLAN 5100组态无线局域网示意图见图2。

图2 圆形堆取料机项目采用WLAN 5100组态无线局域网示意图

本项目选用三套WLAN 5100无线局域网模块，组成一台接入点、两台客户端形式的无线局域网。安装在堆料机电气室的WLAN 5100设置为一台客户端，与堆料机控制器S7-300PLC之间进行以太网通讯；安装在取料机电气室的WLAN 5100设置为另一台客户端，与取料机控制器S7-300PLC之间进行以太网通讯；安装在圆堆中心柱顶部、进料皮带机平台上、位置固定的WLAN 5100设置为接入点，并且与平台上无线控制箱内的S7-1200PLC进行以太网通讯。堆料机和取料机上各自的WLAN 5100作为客户端，与中心柱顶部、进料皮带机平台上作为接入点的WLAN 5100进行无线网络数据通讯，而且堆料机客户端与取料机客户端之间也可以经由接入点实现相互数据通讯。因工厂DCS系统总线通讯需要，无线接入点WLAN 5100与S7-1200PLC组网作为Ethernet转Profibus-DP网关使用，工厂DCS与S7-1200PLC DP总线模块进行Profibus-DP总线通讯来控制堆料机和取料机。一般原料堆场距离原料电气控制室都比较远，所以需要敷设光纤，采用光纤转Profibus-DP的方法实现远距离DP总线通讯。

初次配置WLAN 5100无线局域网模块时，需要先用网线将WLAN 5100设备上的RJ45网口与电脑网口相连，然后用IPAssignment工具扫描WLAN 5100的MAC地址，扫描到MAC地址后进行下一步，给WLAN 5100设置IP地址、子网掩码和网关地址。当弹出窗口显示IP地址设置已经完成后，就可以在IE浏览器地址栏输入已经配置好的IP地址，进行WLAN 5100的详细参数设置。

WLAN 5100无线局域网模块设置为接入点的基本参数设置见图3。

图3 WLAN 5100无线局域网模块设置为接入点的基本参数设置

WLAN 5100无线局域网模块设置为客户端的基本参数设置见图4。

图4 WLAN 5100无线局域网模块设置为客户端的基本参数设置

注意设置为客户端的WLAN 5100参数配置结束后，需要点击一下“Scan”按钮，客户端无线模块会自动扫描接入点模块的无线网络SSID，如图5所示。

图5 WLAN 5100客户端模块扫描接入点模块的无线网络SSID示意图

扫描结束后会列出网络列表，选择需要连接的接入点无线网络SSID，然后点击“Adopt”选项，客户端无线模块到接入点无线模块网络的连接匹配完毕。

接入点WLAN 5100无线局域网模块诊断信息如图6所示，显示已经连接了2台客户端设备以及客户端设备的MAC地址、信号强度、通讯速率等信息。

客户端WLAN 5100无线局域网模块诊断信息如图7所示，显示客户端设备已经连接到接入点设备以及接入点设备的MAC地址、连接信号强度信息。

图6 WLAN 5100接入点模块网络诊断信息示意图

图7 WLAN 5100客户端模块网络诊断信息示意图

至此，WLAN 5100无线局域网模块接入点、客户端典型应用组网配置完成，通过西门子TIA软件编程在线监控接入点S7-1200PLC与各客户端S7-300PLC之间的数据通讯，发现数据交换稳定可靠。

4 结语

WLAN 5100无线局域网模块通讯安全可靠，运行稳定，维护简单，可以完全代替堆取料机的控制信号电缆，实现稳定可靠的无线数据通讯控制。取消滑车控制信号电缆接线后，系统故障点大大减少，设备故障停机率大大降低；堆取料机控制电缆磨损、断裂以及更换造成的设备安全隐患、正常生产中断的问题得以解决；无线网络通讯数据交换量大，开关量信号及模拟量信号的增加不再受控制电缆的限制，控制系统的灵活性大大提高；无线设备安装简单，检修维护方便，节省了大量的人力物力。■