西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)

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西門子 SCALANCE W工業(yè)移動(dòng)通訊技術(shù)在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：修改時(shí)間：2009/6/30 18:19:23 瀏覽次數(shù)：4825

　　立體倉(cāng)庫(kù)簡(jiǎn)介
　　自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)不是單一設(shè)備堆積而成的倉(cāng)庫(kù)，它是一個(gè)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中所有設(shè)備在控制軟件的管理下統(tǒng)一高效地運(yùn)行。這些設(shè)備可能包括搬運(yùn)設(shè)備-如堆垛機(jī)、AGV
　　小車；輸送設(shè)備-輸送帶；容器-如托盤；貨架-如高位貨架；掃描系統(tǒng)-如激光讀碼系統(tǒng)；傳感器等在高效、安全地系統(tǒng)中運(yùn)行。
　　因?yàn)樽詣?dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)不單純是一個(gè)倉(cāng)庫(kù)，所以它的建設(shè)也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。包括地基的勘探、工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)等。自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)必須與企業(yè)的物流規(guī)劃、企業(yè)的發(fā)展聯(lián)系起來綜合考慮，使其成為物流鏈中重要的節(jié)點(diǎn)。

　　在實(shí)現(xiàn)立體倉(cāng)庫(kù)貨物自動(dòng)堆垛功能，堆垛機(jī)是一個(gè)的重要組件，穩(wěn)定可靠的堆垛機(jī)在貨物堆放流程中可代替繁重的人力搬運(yùn)，以及易損壞物品的憂慮。堆垛機(jī)控制系統(tǒng)通常采用PLC和單片機(jī)結(jié)合的方式集成。由于堆垛機(jī)的操作位置是隨著貨物的堆放位置變化而變化的，其通訊控制是移動(dòng)變化中進(jìn)行的。
　　堆垛機(jī)移動(dòng)通訊解決方案
　　目前移動(dòng)通訊解決方案通常有三種方式紅外線，滑觸線，無線局域網(wǎng)
　　紅外線和滑軌方式都是比較傳統(tǒng)的解決方案，但是這兩種解決方案都存在著許多的不足，無線局域網(wǎng)技術(shù)是一個(gè)比較新的解決方案，有很好的應(yīng)用前景，但是需要妥善解決信號(hào)覆蓋的問題才能保證系統(tǒng)通訊的可靠性。
　　紅外線通訊解決方案
　　在紅外線通訊解決方案中，安裝在移動(dòng)的堆垛機(jī)上中的堆垛機(jī)控制器（通常選用S7-300 PLC）通過與其連接的紅外線轉(zhuǎn)換模塊將PROFIBUS DP信號(hào)轉(zhuǎn)換成紅外射線信號(hào)與安裝在軌道盡頭固定的紅外線轉(zhuǎn)接模塊通訊，各條軌道盡頭的紅外通過一個(gè)串口集線器統(tǒng)一接入到調(diào)度工作站中。
　　如下圖所示：

　　方案評(píng)述：
　　1，通訊距離受限制：通常只有4米的通訊距離，有些大功率可以達(dá)到100米左右，但無法在已有的傳輸路徑上采用放大或中繼的方式延伸傳輸距離。
　　2，可靠性比較低：紅外信號(hào)的穿透效果，衍射效果以及反射效果很差，致使兩個(gè)紅外轉(zhuǎn)換模塊間有任何障礙物就會(huì)發(fā)生通訊中斷的情況，既無法進(jìn)行非直視數(shù)據(jù)傳輸。
　　3，系統(tǒng)擴(kuò)展性能差：當(dāng)應(yīng)用的立體倉(cāng)庫(kù)面積過大，彎道過多時(shí)紅外模塊的數(shù)量會(huì)急劇增加，同樣串口的數(shù)量也會(huì)急劇增加，每增加一個(gè)紅外轉(zhuǎn)換模塊都必須在調(diào)度工作站上增加一個(gè)串口，從系統(tǒng)調(diào)試和整合來說都會(huì)帶來比較大的困難。
　　4，紅外射線通訊雙方是非接觸式的，數(shù)據(jù)傳輸帶寬4M.
　　5，軌道發(fā)生彎轉(zhuǎn)時(shí)有可能無法通訊，要通訊必須在彎轉(zhuǎn)部位增加紅外轉(zhuǎn)接模塊。
　　滑觸線解決方案
　　滑軌解決方案是將安裝在堆垛機(jī)上的控制器端的PROFIBUS DP
　　通訊接口接入一個(gè)導(dǎo)軌放大器模塊，導(dǎo)軌放大器上的通訊端子與滑觸線上的滑動(dòng)探刷相連，每個(gè)移動(dòng)站作為一個(gè)PROFIBUS DP 從站，固定接入導(dǎo)軌放大器模塊作為PROFIBUS DP 主站。整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展通過增加從站的方式來實(shí)現(xiàn)，最多可擴(kuò)展到32個(gè)從站。
　　系統(tǒng)如圖：

　　方案評(píng)述
　　1，系統(tǒng)維護(hù)成本高：由于移動(dòng)通訊是通過硬件接觸滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，接觸面的磨損變形等因素會(huì)導(dǎo)致接觸不良，導(dǎo)致通訊中斷，維護(hù)頻率高。
　　2，滑軌的安裝成本高：在整個(gè)系統(tǒng)中導(dǎo)軌的投資比較大，而且由于移動(dòng)通訊是通過硬件接觸來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)接觸面的安裝精度要求比較高才能保證通訊的可靠性。
　　3，對(duì)應(yīng)用環(huán)境要求比較高：由于滑動(dòng)接觸面是裸露在外的；粉塵，蒸汽都有可能導(dǎo)致接觸不良的現(xiàn)象發(fā)生。
　　4，數(shù)據(jù)通訊雙方是接觸式通訊，通訊帶寬在滑軌長(zhǎng)為25時(shí)為500Kbps，隨著長(zhǎng)的延伸有效通訊速率在不斷下降。
　　5，滑觸線方式可實(shí)現(xiàn)軌道彎轉(zhuǎn)時(shí)移動(dòng)通訊。
　　SCALANCE W工業(yè)移動(dòng)通訊解決方案
　　西門子 SCALANCE W工業(yè)移動(dòng)通訊解決方案屬于無線以太網(wǎng)解決方案的一種。針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要西門子對(duì)無線以太網(wǎng)設(shè)備硬件和軟件加以改進(jìn)開發(fā)出了SCALANCE W系列工業(yè)無線以太網(wǎng)產(chǎn)品，這個(gè)系列產(chǎn)品可以在各種工業(yè)環(huán)境中使用，立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)是SCALANCE W 系列產(chǎn)品一個(gè)比較典型的應(yīng)用環(huán)境。前面兩種方案中提到不可靠的因素可以在SCALANCE W移動(dòng)通訊解決方案中得到很好的解決。
　　SCALANCE W 同時(shí)遵循現(xiàn)有的4種國(guó)際通行的無線以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，具有很好的兼容性。兼容的標(biāo)準(zhǔn)有802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11h.可以使用2.4G 和5G兩個(gè)免授權(quán)射頻頻段。
　　SCALANCE W移動(dòng)通訊解決方案（如下圖所示）的組成可以分為三個(gè)子部分：
　　1，無線接入點(diǎn)設(shè)備 2，Rcoax 天饋線系統(tǒng) 3，客戶端設(shè)備

　　無線接入點(diǎn)
　　無線接入點(diǎn)設(shè)備用來輻射一個(gè)無線信號(hào)區(qū)域用于移動(dòng)的無線客戶端接入,它就象一個(gè)無線的基站一樣.
　　802.11標(biāo)準(zhǔn)使用的2.4G 和5G的射頻頻段，在物理連接上它像紅外向一樣是無線連接的，但要比紅外射線在作數(shù)據(jù)傳輸上有更好的表現(xiàn)，它對(duì)有些障礙物具有一定的穿透性，在一個(gè)規(guī)則的物理空間內(nèi)具有很好的反射效果，這樣可以實(shí)現(xiàn)非直視數(shù)據(jù)傳輸，可靠性可以在一定程度上得以提高。
　　通常的無線接入點(diǎn)當(dāng)面對(duì)多個(gè)無線客戶端通訊時(shí)處于一種通訊資源被競(jìng)爭(zhēng)利用的角色,這樣系統(tǒng)就無法保證每個(gè)客戶端通訊的確定性和實(shí)時(shí)性.
　　SCALANCE W 700系列接入點(diǎn)獨(dú)有的iPCF功能可以保證每個(gè)注冊(cè)客戶端有固定的通訊通訊資源用于數(shù)據(jù)傳輸，從而確定性和實(shí)時(shí)性得以實(shí)現(xiàn)，這也是其可以適用于工業(yè)環(huán)境的特性之一。
　　RCOAX天饋線系統(tǒng) ( 如下圖 )

　　紅外線通訊的優(yōu)點(diǎn)是通訊雙方之間是非接觸的，無磨損故障現(xiàn)象，由于紅外線無法非直視通訊，當(dāng)軌道發(fā)生彎轉(zhuǎn)時(shí)就無法通訊，而滑觸線卻可以在軌道彎轉(zhuǎn)處進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。RCOAX 天饋線是這樣一個(gè)綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)的饋線系統(tǒng)。
　　RCOAX饋線系統(tǒng)的主體是漏波電纜，它借鑒了標(biāo)準(zhǔn)饋線傳輸信號(hào)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，以及2-5GHz信號(hào)的衍射特性而設(shè)計(jì)的一種線狀天線，區(qū)別于通常的桿狀或面狀天線。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上遵循2.4G 或5G的衍射原理將特定的饋線等距離的開出一列漏波孔。射頻信號(hào)通過漏波孔向外輻射。
　　這種天線可以很好的規(guī)避障礙物的屏蔽作用，將射頻信號(hào)隨著電纜的敷設(shè)位置而向外延伸，單節(jié)最長(zhǎng)可達(dá)200M的敷設(shè)距離。RCOAX饋線系統(tǒng)可以像滑觸線一樣隨著軌道的彎轉(zhuǎn)而敷設(shè)，也可以像紅外線一樣非接觸無線通訊。
　　無線客戶端
　　用來安裝在移動(dòng)的堆垛機(jī)上將移動(dòng)的控制器接入到無線接入點(diǎn)覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)中，達(dá)到移動(dòng)設(shè)備通訊聯(lián)網(wǎng)的目的。SCALANCE W系列客戶端有兩種，一種是將以太網(wǎng)接口的控制設(shè)備接入到無線以太網(wǎng)的模塊，即 W 740系列產(chǎn)品；另一種是將標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS DP從站設(shè)備接入到無線以太網(wǎng)的模塊，即IWLAN/PB LINK PN IO , 這個(gè)模塊本身作為一個(gè)DP主站與DP從站以主從方式通訊，同時(shí)與上位系統(tǒng)以PROFINET IO方式通訊。
　　方案評(píng)述
　　1，系統(tǒng)集成簡(jiǎn)單，系統(tǒng)擴(kuò)展性好：由于采用的無線以太網(wǎng)技術(shù)，不同的立庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)增加堆垛機(jī)時(shí)只需要增加客戶端數(shù)量即可，單個(gè)接入點(diǎn)最多可以接入35客戶端，冗余的方式還可以接入多達(dá)70個(gè)客戶端。
　　2，可靠性高：SCALANCE W系列移動(dòng)通訊產(chǎn)品的防護(hù)等級(jí)達(dá)到了IP 65標(biāo)準(zhǔn)，模塊借口部分甚至達(dá)到了IP 67的標(biāo)準(zhǔn)。特有的RCOAX天饋線系統(tǒng)建立了一個(gè)無信號(hào)死區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)。
　　3，實(shí)時(shí)性高：在設(shè)置使用802.11g標(biāo)準(zhǔn)時(shí)最高可達(dá)54M 通訊帶寬，并且獨(dú)有的IPCF功能保證系統(tǒng)通訊的確定性。

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西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(A&D) 是西門子股份公司中最大的集團(tuán)之一，是西門子工業(yè)領(lǐng)域的主要組成部分。擁有54,000 多名高水平專業(yè)人才，遍布193 個(gè)國(guó)家，00/01 財(cái)政年度銷售業(yè)績(jī)高達(dá)89 億歐元。我們始終致力于給您帶來新思想和新技術(shù)，為您在全世界… 更多>>

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