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研究無線工業以太網在鋁電解多功能機組中應用的可行性

 論文欄目:期刊知識    更新時間:2014-05-29 10:48   

 摘要:為了解決鋁電解多功能機組在實際生產應用當中可編程控制器通訊電纜容易斷裂等關于有線通訊方式局限性的問題,本文采用了無線工業以太網的方式實現 鋁電解多功能機組可編程控制器主站與各從站之間的穩定可靠通訊。本文介紹了無線工業以太網在鋁電解多功能機組上的工作原理,分析了其在鋁電解行業當中應用 的可行性及其優勢。
  關鍵詞:鋁電解多功能機組 可編程控制器 通訊電纜 無線工業以太網 可靠通訊
  中圖分類號:TP273.5 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2014)01-0038-01
  1 前言
  筆者通過對國內各大鋁廠目前裝備的鋁電解多功能機組進行廣泛深入的研究后發現,為了減少電纜的敷設,降低設計成本,鋁電解多功能機組的自動控 制系統普遍采用了PLC多點通訊。在具體的通訊方式上是通過通訊電纜實現數據交換的有線通訊,受設備結構限制通訊電纜要在鋁電解多功能機組上通過拖鏈或滑 線連接PLC的各個站點,在長期使用中拖鏈或滑線要經常的拉伸和彎折很容易造成通訊電纜斷裂。因此采用一種更可靠更安全的PLC通訊方式是十分必要的,而 無線工業以太網恰恰可以很好的解決以上問題。
  2 無線工業以太網在鋁電解多功能機組中的應用原理
  鋁電解多功能機組通過無線以太網傳輸系統把各從站從外部輸入設備上讀取的實時數據傳送到主站CPU上,CPU按照預先編制的程序中設定的邏輯 對這些數據進行運算并得到結果數據,再將經過CPU運算后的結果數據傳送到各從站,最終通過輸出設備來對被控設備進行控制使其執行具體動作,這一過程具有 高效可靠等優點。
  3 無線工業以太網在鋁電解多功能機組控制系統中的應用方案
  在下面的論證方案當中以羅克韋爾Logix5000PLC為例,PLC系統在電解機組上分為一個主站和兩個從站,通過無線工業以太網實現數據交換。
  3.1 系統描述及性能要求
  (1)設備分布:每臺電解機組共包括3個固定無線設備,其中主配電柜中的PLC主站設有1個固定無線設備(AP_1),在工具車上的1#從站 設有1個固定無線設備(AP_2),在司機室中的2#從站設有1個固定無線設備(AP_3),PLC控制系統通過無線以太網設備進行連接同時進行數據交 換。與PLC連接的無線設備需要選用第三方產品。(2)設備通訊關系:2個從站固定無線設備(AP_2,AP_3)都需要和PLC主站的固定無線設備 (AP_1)通訊;同時2個從站固定無線設備(AP_2,AP_3)之間還需要通訊做連動控制。(3)通訊質量要求:由于電解機組屬于大型設備,運行時在 安全方面要求較高,對于控制系統來說,必須要求通訊穩定可靠并保證無斷線、數據丟失等情況出現。(4)通訊距離限制:目前大部分的無線工業以太網硬件性能 決定了在理想條件下的有效通信距離為2000米,電解機組跨度大約為25m,要求無線以太網設備在25m內具有較高的通訊質量。
  3.2 設備選型
  (1)可編程控制器:選用羅克韋爾Logix5000產品,主站框架內配有以太網模塊,從站框架內也配有以太網模塊。(2)無線設備:選用 ProSoft公司(第三方)提供的無線電臺產品,將PLC主站作為無線AP的中心站,如有需要可設置兩臺冗余的主站電臺,保證通訊的可靠性。系統中的無 線設備安裝方式均為導軌安裝,供電方式為直流24V。(3)無線設備附件:天線(為了安裝與調試方便在在每套無線系統中均配置一個全向天線);饋線(本方 案中天線饋線選擇B105-105-040型饋線,該饋線選用LMR400電纜,長度初步設計為10m)。
  3.3 性能評估
  (1)通信距離及信號強度:RLXIB-IHG-A無線電臺的輸出功率為:24dBm(250mw)@11 Mbps/24dBm (250mw)@24Mbps/21dBm(125mw)@54Mbps。
  信號強度的換算公式:
  Gt-Gr+Ap天線增益+終端天線增益=L(信號總強度)
  Gt(Ap或終端功率,單位dB),Gr(終端或Ap靈敏度,單位dB)
  由距離產生的信號衰減公式:
  40+20lgd=L1(dB) d(通信距離,單位m)
  工程中最大的傳輸距離以25m計(最大跨度),在最大距離時(將25帶入公式)信號強度為L1=66dB,由此可知在系統通信距離最大時信號強度完全能夠滿足穩定通訊的需要。
  (2)抗干擾性:電解車間屬于強磁場環境,工業以太網無線設備具有先進的跳頻擴頻技術,抗干擾能力強,而且無線通訊設備通常安裝在防護等級為IP54的柜體內,進一步增強了其抗干擾性,通過大量的工程實踐證明其抗干擾性能完全能夠滿足在電解車間的正常工作。
  (3)通訊速率及靈敏度:RLXIB-IHG-A無線電臺的傳輸速 率:54,48,36,24,18,12,9,6Mbps(OFDM)/802.11b:11,5.5,2,1(DSSS);接收靈敏 度:[email protected]/[email protected]/[email protected]/[email protected];信道選 擇:1~11(FCC)1~13(ETSI)。DH+網絡的基本傳輸速率為57.6Kh/S。Profibus總線的數據傳輸速率為9.6Kbit /S~12MBit/S。通過數據來比較,毫無疑問無線以太網能提供相對于DH+和Profibus總線更加快速的數據傳輸速率。
  4 結語
  電解多功能機組PLC通訊系統采用無線工業以太網能夠改變傳統的現場總線的數據交換方式,達到提高傳送數據量和傳送精度的目的,能夠克服有線 通訊系統的局限性,提高了整個自動化控制系統的可擴展性及兼容性,還能夠達到降低設計施工費用,減少電纜敷設量和易于維護等目的,為電解機組控制系統帶來 了全新的設計思路。
  參考文獻
  [1]劉軍,任光,蓋立平.工業現場控制網絡數據動態交換技術的研究[J].大連海事大學學報,2000(4).
  [2]習博,方彥軍.基于嵌入式uClinux系統工業以太網接口的設計與實現[J].電測與儀表,2005(4).

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