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研究无线工业以太网在铝电解多功能机组中应用的可行性

 论文栏目:期刊知识    更新时间:2014-05-29 10:48   

 摘要:为了解决铝电解多功能机组在实际生产应用当中可编程控制器通讯电缆容易断裂等关于有线通讯方式局限性的问题,本文采用了无线工业以太网的方式实现 铝电解多功能机组可编程控制器主站与各从站之间的稳定可靠通讯。本文介绍了无线工业以太网在铝电解多功能机组上的工作原理,分析了其在铝电解行业当中应用 的可行性及其优势。
  关键词:铝电解多功能机组 可编程控制器 通讯电缆 无线工业以太网 可靠通讯
  中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2014)01-0038-01
  1 前言
  笔者通过对国内各大铝厂目前装备的铝电解多功能机组进行广泛深入的研究后发现,为了减少电缆的敷设,降低设计成本,铝电解多功能机组的自动控 制系统普遍采用了PLC多点通讯。在具体的通讯方式上是通过通讯电缆实现数据交换的有线通讯,受设备结构限制通讯电缆要在铝电解多功能机组上通过拖链或滑 线连接PLC的各个站点,在长期使用中拖链或滑线要经常的拉伸和弯折很容易造成通讯电缆断裂。因此采用一种更可靠更安全的PLC通讯方式是十分必要的,而 无线工业以太网恰恰可以很好的解决以上问题。
  2 无线工业以太网在铝电解多功能机组中的应用原理
  铝电解多功能机组通过无线以太网传输系统把各从站从外部输入设备上读取的实时数据传送到主站CPU上,CPU按照预先编制的程序中设定的逻辑 对这些数据进行运算并得到结果数据,再将经过CPU运算后的结果数据传送到各从站,最终通过输出设备来对被控设备进行控制使其执行具体动作,这一过程具有 高效可靠等优点。
  3 无线工业以太网在铝电解多功能机组控制系统中的应用方案
  在下面的论证方案当中以罗克韦尔Logix5000PLC为例,PLC系统在电解机组上分为一个主站和两个从站,通过无线工业以太网实现数据交换。
  3.1 系统描述及性能要求
  (1)设备分布:每台电解机组共包括3个固定无线设备,其中主配电柜中的PLC主站设有1个固定无线设备(AP_1),在工具车上的1#从站 设有1个固定无线设备(AP_2),在司机室中的2#从站设有1个固定无线设备(AP_3),PLC控制系统通过无线以太网设备进行连接同时进行数据交 换。与PLC连接的无线设备需要选用第三方产品。(2)设备通讯关系:2个从站固定无线设备(AP_2,AP_3)都需要和PLC主站的固定无线设备 (AP_1)通讯;同时2个从站固定无线设备(AP_2,AP_3)之间还需要通讯做连动控制。(3)通讯质量要求:由于电解机组属于大型设备,运行时在 安全方面要求较高,对于控制系统来说,必须要求通讯稳定可靠并保证无断线、数据丢失等情况出现。(4)通讯距离限制:目前大部分的无线工业以太网硬件性能 决定了在理想条件下的有效通信距离为2000米,电解机组跨度大约为25m,要求无线以太网设备在25m内具有较高的通讯质量。
  3.2 设备选型
  (1)可编程控制器:选用罗克韦尔Logix5000产品,主站框架内配有以太网模块,从站框架内也配有以太网模块。(2)无线设备:选用 ProSoft公司(第三方)提供的无线电台产品,将PLC主站作为无线AP的中心站,如有需要可设置两台冗余的主站电台,保证通讯的可靠性。系统中的无 线设备安装方式均为导轨安装,供电方式为直流24V。(3)无线设备附件:天线(为了安装与调试方便在在每套无线系统中均配置一个全向天线);馈线(本方 案中天线馈线选择B105-105-040型馈线,该馈线选用LMR400电缆,长度初步设计为10m)。
  3.3 性能评估
  (1)通信距离及信号强度:RLXIB-IHG-A无线电台的输出功率为:24dBm(250mw)@11 Mbps/24dBm (250mw)@24Mbps/21dBm(125mw)@54Mbps。
  信号强度的换算公式:
  Gt-Gr+Ap天线增益+终端天线增益=L(信号总强度)
  Gt(Ap或终端功率,单位dB),Gr(终端或Ap灵敏度,单位dB)
  由距离产生的信号衰减公式:
  40+20lgd=L1(dB) d(通信距离,单位m)
  工程中最大的传输距离以25m计(最大跨度),在最大距离时(将25带入公式)信号强度为L1=66dB,由此可知在系统通信距离最大时信号强度完全能够满足稳定通讯的需要。
  (2)抗干扰性:电解车间属于强磁场环境,工业以太网无线设备具有先进的跳频扩频技术,抗干扰能力强,而且无线通讯设备通常安装在防护等级为IP54的柜体内,进一步增强了其抗干扰性,通过大量的工程实践证明其抗干扰性能完全能够满足在电解车间的正常工作。
  (3)通讯速率及灵敏度:RLXIB-IHG-A无线电台的传输速 率:54,48,36,24,18,12,9,6Mbps(OFDM)/802.11b:11,5.5,2,1(DSSS);接收灵敏 度:-94dBm@1Mbps/-92dBm@11Mbps/-84dBm@24Mbps/-72dBm@54Mbps;信道选 择:1~11(FCC)1~13(ETSI)。DH+网络的基本传输速率为57.6Kh/S。Profibus总线的数据传输速率为9.6Kbit /S~12MBit/S。通过数据来比较,毫无疑问无线以太网能提供相对于DH+和Profibus总线更加快速的数据传输速率。
  4 结语
  电解多功能机组PLC通讯系统采用无线工业以太网能够改变传统的现场总线的数据交换方式,达到提高传送数据量和传送精度的目的,能够克服有线 通讯系统的局限性,提高了整个自动化控制系统的可扩展性及兼容性,还能够达到降低设计施工费用,减少电缆敷设量和易于维护等目的,为电解机组控制系统带来 了全新的设计思路。
  参考文献
  [1]刘军,任光,盖立平.工业现场控制网络数据动态交换技术的研究[J].大连海事大学学报,2000(4).
  [2]习博,方彦军.基于嵌入式uClinux系统工业以太网接口的设计与实现[J].电测与仪表,2005(4).

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