導(dǎo)語：基于無線數(shù)據(jù)的通信技術(shù)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1原系統(tǒng)存在的問題

1.1有線通訊方式

原控制系統(tǒng)中，自行小車主控制系統(tǒng)DP主站采用S7-300PLC，控制兩條環(huán)行線上6臺自行小車。自行小車采用ET200SPLC作為DP從站，控制自行小車自身動作。自行小車通過車體上安裝集電極和預(yù)裝在軌道內(nèi)的滑觸線在移動中接觸進行取電，提供給移動的小車。自行小車在環(huán)形軌道上行走，與主站通過導(dǎo)軌放大器+滑線+碳刷的形式獲取信號電源和DP總線通信控制信號。

1.2有線通訊弊端

滑觸線碳刷滑動取電技術(shù)雖然已經(jīng)非常成熟，但使用上存在先天不足，碳刷與滑線之間的可靠緊密接觸依賴碳刷組件上的彈簧壓緊機構(gòu)來實現(xiàn)。碳刷彈簧機構(gòu)的調(diào)整，不宜過松，更不宜過緊，很難達到一個理想的平衡狀態(tài)，只能周而復(fù)始地定期檢查、調(diào)整、更換碳刷和滑線。環(huán)形空中自行小車通過集電器上的碳刷在滑觸線上采集/傳輸控制信號。自行小車抓取工件升降的過程中會產(chǎn)生抖動，碳刷隨之也會發(fā)生抖動，造成信號丟失、通訊中斷，使系統(tǒng)的可靠性降低。另外，自行小車在環(huán)行線軌道上左右擺動和上下晃動極易導(dǎo)致滑線與碳刷接觸不良，經(jīng)常造成總線通訊信號掉線，產(chǎn)生通訊中斷、信號丟失、網(wǎng)絡(luò)報警等故障，故障率一直很高。環(huán)線空中自行小車長期運行后，碳刷和滑觸線磨損，導(dǎo)致碳刷破裂、接觸不良，也會使控制信號丟失。此外，碳刷長期和滑觸線摩擦，大量碳粉會滯留在滑觸線分段處或滑觸線上，造成信號的誤傳輸，使系統(tǒng)的可靠性降低。另外，這種碳刷滑動通訊方式極易導(dǎo)致碳刷磨損、拉壞，需頻繁更換大量碳刷和滑線，維修成本很高。

2無線通信方案設(shè)計

2.1無線解決方案的構(gòu)想

自行小車線控制系統(tǒng)改造是在仍生產(chǎn)使用的老線原有基礎(chǔ)上進行升級改造，改造難度大，而且改造時間很短，改造還受到原有老系統(tǒng)的限制，風(fēng)險很大。我們的方案規(guī)劃始終圍繞著：確?？煽啃?，減少現(xiàn)場施工量，減少編程調(diào)試時間，并且實現(xiàn)全信息采集的出發(fā)點進行。我們的改造原則是：保持原控制系統(tǒng)硬件主體結(jié)構(gòu)不變，在此基礎(chǔ)上，在控制系統(tǒng)局部增加、配置新的模塊和電路，從而實現(xiàn)無線通信功能，以較低成本投入，達到高的效益和產(chǎn)出，有利于維護系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠和安全，最終達到改造的目的。我們選用最先進的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),通過無線網(wǎng)絡(luò)通信來解決滑觸線數(shù)據(jù)通信受限非常適合，無線的優(yōu)勢特點也很好地滿足了我們此次改造的需求。經(jīng)過測試無線通信覆蓋區(qū)域、信號強度、抗干擾、實時性及數(shù)據(jù)交換量對網(wǎng)絡(luò)速度的影響等多方面性能指標(biāo)，通過后，最終我們確定采用邦納電氣的ModbusRTU無線技術(shù)和產(chǎn)品。

2.2ModbusRTU無線技術(shù)特征

近年來，隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動化控制領(lǐng)域開始出現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)通訊的開放型無線通信控制技術(shù)，其特點是可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、通訊速度快、數(shù)據(jù)傳輸量大、維護成本低。無線控制技術(shù)打破了傳統(tǒng)有線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，在適用范圍、可擴展性、可維護性以及抗故障能力方面，較之現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)都有明顯的優(yōu)勢。無線通訊是未來自動化發(fā)展的趨勢之一，應(yīng)用越來越廣泛。ModbusRTU是為PLC設(shè)計的一種通信協(xié)議，可以很方便地進行Modbus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。DataRadio是美國邦納公司最新開發(fā)出來的系列無線產(chǎn)品，是一種工作在2.4GHzISM頻段的工業(yè)無線串口通訊設(shè)備，遵循ModbusRTU傳輸協(xié)議，用于工業(yè)無線局域網(wǎng)的通訊，用于擴展Modbus工業(yè)網(wǎng)絡(luò)或串行通訊網(wǎng)絡(luò)的通訊距離，具有安全、可靠、耐用、高速、高效的特點，可以替代有線和傳統(tǒng)通訊中所使用的硬接線，實現(xiàn)可靠的通信連接。它采用ModbusRTU傳送模式，可與Modbus串行網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫連接。

2.3新無線方案的總體構(gòu)思

新無線方案中，可以完全取消2極信號滑線、2個主導(dǎo)軌放大器、6個小車放大器和24片小車信號碳刷，取而代之的是主站DataRadio無線模塊和從站DataRadio無線模塊。在主控系統(tǒng)DP主站一側(cè)設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將DP主站發(fā)送給DP從站的通訊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議，通過主站DataRadio，將數(shù)據(jù)發(fā)送給小車上的從站DataRadio，從站DataRadio接收到數(shù)據(jù)以后，通過從站上的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將無線MODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)換為PROFIBUS總線數(shù)據(jù)，傳送給小車ET200SDP從站。ET200S接收到此數(shù)據(jù)后就可進行處理和調(diào)用。

3無線通信系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1地面主控系統(tǒng)

地面主控系統(tǒng)以S7-300PLC為主控核心，以CPU315-2DP為profibus-DP總線網(wǎng)絡(luò)的主站，處理所有地面與小車、小車與小車之間以及輸送系統(tǒng)與工藝設(shè)備的數(shù)據(jù)交換及生產(chǎn)線的所有信息采集與監(jiān)控。由于PROFIBUS總線協(xié)議無法實現(xiàn)無線傳輸，要實現(xiàn)無線通信，必須將PROFIBUS總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為ModbusRTU協(xié)議，而邦納的DaTaRadio無線產(chǎn)品支持ModbusRTU無線協(xié)議。因此，我們在主控系統(tǒng)中，配置了一個NT50-DP-RS協(xié)議轉(zhuǎn)換器和一個邦納DataRadio無線收發(fā)器。NT50轉(zhuǎn)換器用于將S7-300PLC一側(cè)的Profibus總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為ModbusRTU協(xié)議，提供給無線收發(fā)器使用。主DataRadio無線收發(fā)器遵循ModbusRTU協(xié)議，以無線方式向三個小車上的從DataRadio發(fā)送和接受通信數(shù)據(jù)。

3.2車載控制系統(tǒng)

六臺小車的車載控制系統(tǒng)以ET200SPLC為核心，以IM151-7CPU為Profibus-DP總線網(wǎng)絡(luò)的從站，完成小車啟動、停止、前進、后退，吊具的上升下降、夾緊松開及各工序工藝時間的控制，實現(xiàn)小車的智能化。我們在車載控制系統(tǒng)中，同樣配置了一個NT50轉(zhuǎn)換器和一個從DataRadio無線收發(fā)器。小車從DataRadio用于接收來自主DataRadio以ModbusRTU協(xié)議方式發(fā)送過來的無線通信數(shù)據(jù)，再將此無線數(shù)據(jù)以ModbusRTU協(xié)議有線方式傳送給NT50轉(zhuǎn)換器，NT50轉(zhuǎn)換器對收到的數(shù)據(jù)進行處理轉(zhuǎn)換，將ModbusRTU協(xié)議轉(zhuǎn)換為Profibus-DP協(xié)議，再將數(shù)據(jù)以Profibus協(xié)議有線方式傳遞給小車的ET200SPLCDP從站進行處理，從而實現(xiàn)車載PLC與地面主控PLC的數(shù)據(jù)交換。

3.3無線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建立

我們根據(jù)兩條環(huán)行線分布特性，首先分段布控，先建單網(wǎng)，再建雙網(wǎng)，最后雙網(wǎng)聯(lián)控，建立“一控三雙向同步收發(fā)”機制，開發(fā)出“自行小車—控三雙向同步收發(fā)Modbus-RTU無線通訊雙網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)”。我們在總裝環(huán)形線和底板環(huán)行線各自分布特點的基礎(chǔ)上，建立兩個各自獨立的網(wǎng)絡(luò)，分別控制總裝環(huán)形線三臺自行小車和底板環(huán)行線三臺自行小車。這樣，信號通信強度大大增強，信號的抗電磁干擾能力也大大提高，這種雙網(wǎng)絡(luò)無線架構(gòu)大大提高了通信的穩(wěn)定性和可靠性。兩個網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)部各自獨立，單獨控制，互不干擾，互無影響，但在外部都在S7-300PLC的統(tǒng)一控制之下，又是互相聯(lián)系的，即單控又聯(lián)控，各有職責(zé)分工，在主控PLC的統(tǒng)一控制和調(diào)度下協(xié)調(diào)、有序、順暢地工作?？傃b無線網(wǎng)絡(luò)和底板無線網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上完全相同，只是網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和地址設(shè)定有所不同，下面以底板無線網(wǎng)絡(luò)為例進行說明。

4通信程序的開發(fā)

我們在主控系統(tǒng)DP主站的CPU和小車DP從站的CPU中分別開發(fā)編制了通信控制程序，二者的通信程序基本相同，只是雙方的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)正好顛倒，主控系統(tǒng)的輸入?yún)^(qū)連接自行小車的輸出區(qū)，主控系統(tǒng)的輸出區(qū)連接自行小車的輸入?yún)^(qū)。我們首先將主控系統(tǒng)DP主站所有要發(fā)送給小車DP從站的數(shù)據(jù)打包，集中存儲在CPU的DB12數(shù)據(jù)塊中，再在程序中調(diào)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能塊SFC15數(shù)據(jù)寫入程序，CPU在PLC主站的過程映像地址區(qū)分配輸出地址W#16#34，即24字節(jié)輸出映像區(qū)PQB52-PQB75。在SFC15寫數(shù)據(jù)命令下，CPU將程序中DB12數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)先打包，再通過主站的PQB52-PQB75輸出映像區(qū)集中發(fā)送出去。在小車PLC程序中，需要調(diào)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能塊SFC14數(shù)據(jù)讀出程序，在小車PLC從站的過程映像地址區(qū)分配輸入地址W#16#40，即24字節(jié)輸入映像區(qū)PIB64-PIB87，用來接收主站發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。在SFC14讀數(shù)據(jù)命令下，CPU將輸入地址區(qū)PIB64-PIB87接收到的打包數(shù)據(jù)再集中解包，存儲到CPU程序中的DB27數(shù)據(jù)塊中，可供主控系統(tǒng)PLC各程序調(diào)用。同理，自行小車將發(fā)送給主控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)先集中打包到DB11數(shù)據(jù)塊中，在小車CPU的SFC15寫數(shù)據(jù)命令下，CPU為地址映像區(qū)分配輸出地址W#16#D，即24字節(jié)輸出映像區(qū)PQB13-PQB37，指定此接口用來發(fā)送數(shù)據(jù)。在主控系統(tǒng)一端，CPU在SFC14讀數(shù)據(jù)命令下，為地址映像區(qū)分配24字節(jié)輸入地址區(qū)PIB13-PIB37，指定該接口接收數(shù)據(jù)。輸入地址區(qū)接收到來自小車的數(shù)據(jù)后，先解包再存儲到DB13數(shù)據(jù)塊中。

5結(jié)束語

基于ModbusRTU無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的自行小車無線控制系統(tǒng)改造成功、投入運行以后，狀態(tài)穩(wěn)定可靠，徹底消除了自行小車通訊故障頻發(fā)的頑疾，達到了縮短節(jié)拍、提升產(chǎn)能、提高性能、提高可靠性、降低故障率的目標(biāo)。尤其是無線網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)從調(diào)試開始到目前一直表現(xiàn)相當(dāng)穩(wěn)定，是此項目取得成功的關(guān)鍵。通過此項目證明了ModbusRTU無線網(wǎng)絡(luò)通信可靠，應(yīng)用在環(huán)行自行小車自動控制系統(tǒng)中能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，性價比很高。實踐證明，ModbusRTU無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)在D530自行小車上的設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用是十分成功的，可為類似自行小車控制系統(tǒng)設(shè)計提供了一種經(jīng)濟實用、高效可靠、成熟可行的方案選擇，在國內(nèi)同行業(yè)同類型的自行小車線上具有十分普遍的推廣應(yīng)用價值。

作者：王世華單位：東風(fēng)商用車有限公司車身廠