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赛远的工业无线在起重机联动上的应用

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一、       起重机行业概况
 
物料搬运成了人类生产活动的重要组成部分,距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大,自动化程度的提高,作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广,作用愈来愈大,对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。
起重机属于工程机械中的一种。工程机械行业主要可以分为以下几个子行业:挖掘机械、起重机械、压实机械、桩工机械、路面机械、凿岩机械、铲土运输机械、钢筋混凝土机械和其他机械。
作为工程机械的分支,起重机械又可具体细分为:
起重机械正朝着大型化、专用化、模块化、组合化、自动化、智能化、成套化、系统化、新型化、实用化、集群化等方向发展。
 
二、       起重机概述及其自动化系统组成
起重机结构紧凑,不易布置线路,另外复杂的信号连线还会给起重机的维护造成困难,所以信号的无线连接是起重机的解决问题的很好的途径。起重机在现场工作时,安全性是相当重要的,现代电子技术、IT通讯技术、无线电技术在起重机上的应用,各个厂家,也进行了很多实验和完善,无线技术,越来越多的得到实践的认可,远程监控以及无线控制技术在起重机行业上得以充分的应用实现。
信号稳定,速度实时响应,抗干扰能力强,衍射能力强,距离远,支持多种工业网络协议是起重机在无线通讯系统的前提条件。
赛远的工业无线通讯产品,具有上述的全部特点。
赛远的工业无线通讯模块,通讯距离最远可以达到十公里,支持MODBUSASCIIPPI等协议,安全稳定,具有很强的穿透和衍射能力,达到ms级别的实时响应,是用在起重等行业移动、旋转和不方便接线的场合的极佳选择。
 
本起重机联动的应用中,4台车的无线通讯,采用了赛远的SY-S72产品进行通讯,一个主站和三个从站,控制器均采用西门子S7-224,无线同步数据进行同步动作。4个站的无线通讯拓扑图如下:
通过SY-S72进行无线通讯
 
4台设备上采用赛远的无线通讯模块SY-S72
该应用中,一个主站对三个从站进行监控,每个从站需要交换的数据有20个字节,3个站轮询,采用SY-S729600bps的传输速率,经过赛远的无线通讯程序,三个站累计采集时间为25ms左右,即每秒可以轮询40次左右。
由于赛远的无线通讯模块频段占带宽为15K,极小,无线电的特性是,不同频不干扰,同频必然干扰。所以在程序中,应该做好准备,在现场产生如同频干扰导致瞬间通讯失败时,主站可在程序中设定,在1~50ms之内,主动再次发出轮询指令,恢复通讯。
某站的故障,不影响其他站的正常通讯。主站中可以设定单站故障时,如何动作,并告知到所有从站。从站在通讯故障时,可以采取保持当前状态或者直接采取应急状态等动作。
三、       配置清单
 
每个现场控制站:

序号
名称
型号
数量
1
西门子PLC
S7-224
1
2
无线通讯模块
SY-S72
1
3
大吸盘全向天线
SY-ANT-22
1
4
总线连接器
972-0BB41
1
5
开关电源
SY-PW
1

 
四、       起重机上的无线通讯的特点
针对起重机的通讯,首先考虑的是采用有线通讯。但在实际使用过程中,由于有线通讯电缆和动力电缆等难以隔离较远,现场的电磁干扰常常将通讯信号干扰得难以正常收发。较好的解决方案是采用光纤进行通讯,但由于生产过程较为复杂,当光纤发生断线的时候,现场检修十分困难,需要重新敷设光纤,工作量大,并且需要专用设备进行现场熔接,维护的周期长,影响较大。
设计时,也采用过诸多方案进行无线,市面上大部分产品大部分采用了2.4G WIFI协议进行传输,在调试的时候,在可对视的时候,能够建立正常的通讯,速度可以达到54Mbps,甚至可以传输视频。但在移动过程中,如果遇到遮挡或者雨天天气,很难保证可对视的传输。2.4G的信号在有遮挡物的情况下,时有时无,十分的不稳定。并且在雨天的时候,信号也变得不稳定。不管是知名品牌,还是市面上常见的产品,均有此问题。
经过深度分析,2.4G的产品,主要是由于其物理特性决定了传输的衍射能力。2.4G的频段,波长约为124mm,其信号衰减快,衍射能力弱。这就是微波的特性。任何品牌的产品也无法改变该物理特性,所以在遇到遮挡物时,包括下雨天天气,水分子就变成了一堵堵墙,吸收微波,并无法衍射,导致信号被吸收而失真,导致通讯问题。
 
不同频段的特性对比图
无线频率用途分配表
由此,在复杂环境,必须选用衍射能力更加强的低频产品进行传输,如采用433MHz的无线通讯产品,其波长为692mm,波长较长的信号的衍射能力强,信号可以进行反射和绕射,将信号传输到目的地。而且,无线电的传输速度不管是在哪个频段,都是和光速一样的,所以不存在信号多次衍射之后的速度降低问题,关键在于无线通讯模块的处理速度和能力。
经过现场对比实验,最后选定具有国家专利的赛远无线通讯模块SY-S72,因为该产品在现场各个复杂环境测试,均表现信号稳定,并且无线通讯模块的处理速度很快,由于无线通讯模块的收发带来的时延不超过5ms,远远超过市面上的产品的性能。
 
五、       起重机联动的现场应用效果
 
现场的应用图如下:
4机联动起重机
 
每台起重机上的无线通讯安装在顶部
 
在调试过程中,要加以注意的是,选好无线通讯天线架设的位置,采用全向的天线,尤其是增益大的玻璃钢天线,或者定向八木天线,有助于信号的稳定传输。另外,对于PLC和无线通讯模块采用的开关电源,建议采用纹波系数小的优质开关电源,在PLC和无线通讯模块之间,最好加上信号隔离器。赛远的工业无线通讯系统,一旦调试正常,工作稳定,这是生产单位最为看重的。 
上述系统,赛远的无线通讯产品在该起重机联动使用3年以来,经受住了天气环境的考验,粉尘的考验,以及较为恶劣的现场电磁干扰考验,工作稳定。

 

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