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[摘 要]对于电线电缆生产而言，笼绞机是必不可少的设备。笼绞机最主要的是放线张力的控制，放线张力的控制必须通过通信进行数据的交换。介绍了5 GHz无线局域网在笼绞机通信中运用的一些特点及结果，以及其在笼绞机中的应用方式，提高笼绞机运行的稳定性，提供通信速率。
[关键词]5 GHz无线;无线局域网;笼绞机
[中图分类号]TN911.8 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）04–00–03
Application of 5 GHz Local Area Network in Cage Twister
Wang Xin
[Abstract]For the production of wire and cable， the cage strander is an indispensable equipment. The most important thing of the cage strander is the control of the pay-off tension. The control of the pay-off tension must exchange data through communication. This article introduces some characteristics and results of the use of 5 GHz wireless local area network in the communication of the cage twister， introduces its application in the cage twister in detail， improves the stability of the cage twister， and provides the communication speed.
[Keywords]5 GHz wireless; wireless local area network; cage twister
目前籠绞机中的放线张力控制主要采用Profibus的通信方式进行数据传输，虽然Profibus具有高速低成本的特点，但随着产品的更新换代，Profinet的应用变得更加广泛。但不管是Profibus或者Profinet通信，都是使用有线进行连接，当笼绞内部与外部进行有线连接，就必须使用精密滑环。由于滑环需要经常维护及其较短的使用寿命特点，导致通信的稳定性受到很大的影响，并且对设备的维护带来诸多不便。
无线通信为工业发展带来了新机遇，提供了灵活，高效的自动化解决方案。随着5 GHz的技术发展壮大，以其“更高网速、低延时高可靠、低功率海量连接”的特点，为设备之间的通信提供了高速通道。为解决笼绞内部与外部进行通信提供了新的解决方案。
1 5 GHz局域网系统的构成
系统硬件构成见表1，网络结构构成如图1所示。
接入点使用SCALANCE W774-1RJ45，客户端使用SCALANCE W734-1RJ45。接入点及客户端均满足支持IEEE 802.11a/b/g/h/n通信协议，2.4 GHz/5 GHz频段;两个R-SMA天线接口，2x2：2MIMO，在IEEE802.11n模式下，最多可达到300 Mbit/s;IP30防护等级，工作温度-20～60 ℃，抗冷凝，金属材料，外形符合SIMATIC S7-1500设计风格;功耗6 W，支持24VDC4针端子供电，支持POE供电（IEEE802.3at，Type1）;安装方式：支持壁装、DIN导轨安装、S7-300导轨安装与S7-1500导轨安装。特别适用于控制柜内的安装环境。
外接天线用于优化无线覆盖的应用，可以提供可靠的无线覆盖。MIMO天线使用多路径传播，可以同时传输3个数据流。多数据流传输在增大数据吞吐量的同时也增强数据传输的可靠性。
由于设备在运转中速度快、油污飞溅、钢丝断线等情况，外接天线的选择非常重要，所以选择使用吸顶安装或桅杆安装天线：ANT795-6 MN天线，天线增益6/8 dBi，2.4/5 GHz，防护等级达到IP65。能有效防护现场的复杂环境。
为避免当无线通信出现意外而发生掉线，导致生产意外停机的发生，保留了Profibus通信的使用。
2 5 GHz局域网系统完成的功能
2.1 功能介绍
笼绞为3段绞体，每段绞体有12个放线架，放线架均采用磁滞控制放线张力，并配备了张力传感器进行反馈。每段绞体内部均有一个单独的控制系统控制绞体上12个放线张力，称为放线张力控制系统。整套设备有一套控制系统控制设备的运行，并进行人机交互，称为绞笼控制系统。通过5 GHz局域网系统将绞笼控制系统及3个放线张力控制系统接入同一个5 GHz网络，利用此网络进行高速的数据传输，同时绞笼控制系统与放线张力控制系统也在同一个Profibus网络。用户通过人机界面设定放线张力工艺参数，参数数据通过无线网络及Profibus网络两种方式发送到放线控制系统，放线控制系统优先采用无线网络的数据，只有当无线网络出现故障时才会采用Profibus网络的数据，并且发出警告，当两个网络均出现故障时，停止传输数据并报警。放线系统根据工艺数据进行自动控制，同时放线系统将生产过程中的数据（当前张力值，盘径值等）也通过无线网络及Profibus网络发送到绞笼控制系统，这些数据通过HMI进行显示，方便用户监视生产过程。同样的绞笼控制系统会优先采用无线网络的数据。这样就实现了放线控制系统与笼绞控制系统的数据传输的整个过程。
2.2 功能实施 首先使用组态软件博图对硬件进行组态，硬件组态完成后进行网络拓扑的组态，完成后根据网络拓扑进行网络布线。
布线完成后使用组态软件对无线接入点进行网络名称及IP的分配。打开WEB浏览器输入无线接入点的IP并确认，打开无线接入点的管理页面，输入默认的用户名及密码。在随后的密码修改界面中，输入当前密码和新设置的密码，点击Set Value确认。用新的密码进行登录。进入管理页面Interfaces——WLAN，在Basic标签页面中，配置国家代为China，设备模式为AP，然后单击Set Value确认。再根据实际使用的天线在Antennas页面配置天线，单击Set Value确认。配置好天线后返回Basic标签页，勾选Enabled选择框，Frequency Band选择5 GHz，单击Set Value确认，即可激活无线接口。
为进行通信，将在频段内使用一个特定的通道，用户既可以具体设置此通道，也可以组态为自动选择通道。在Allowed Channels页面指定可能用于通信的通道，单击Set Value确认。确认好通信的通道以后，在AP选项卡中选择默认的信通，同时配置无线系统的SSID，单击Set Value确认，即可设置好该无线系统的名称。
進入管理页面Security——WLAN页面，选择认证和加密类型并输入密码，单击Set Value确认，无线系统密码设置成功。AP配置完成以后，还需要对客户端进行配置，同样的方法对三个客户端进行名称及IP的分配。
IP分配好后，使用WEB配置客户端，在浏览器输入客户端的IP地址，进入客户端配置页面，输入管理员的用户名与密码登录，参见配置AP。
在管理页面中找到Interfaces——WLAN的Basic标签页面，配置信息与AP一致，然后单击Set Value确认。在Antennas选项下配置天线，根据实际所用的天线进行选择，点击Set Value确认。配置完天线后，再回到Basic Page，使能无线连接，单击Set Value确认。
无线连接使能以后，在Allowed Channels页面指定可能用于通信的通道（选择的信通需要与AP选择的一致）。单击Set Value确认。
选择Client选项卡，进入Client配置页面，MAC Mode模式选择Layer2Tunnel（当客户端通过以太网连接多个设备并且与AP侧设备进行PN IO通信时，必须选择第2层隧道模式），在WLAN1中输入AP配置中的SSID并使能，单击Set Value确认。进入管理页面Security——WLAN页面，将认证和加密类型及密码设置为与AP一致。单击Set Value确认。客户端配置完成，可以在Information——WLAN下查看Available AP，显示可用接入点。同样的方式配置另外两个客户端。
配置完成以后，在AP中查看Information——WLAN下的Client List，可以看到通过接入点登录的客户端以及其他信息，例如状态、信号强度、MAC地址。
Profibus网络的配置与常规Profibus配置相同，使用正常的组态即可。
2.3 网络切换
绞笼控制系统发送心跳脉冲到放线张力控制系统，同时放线张力控制系统发送心跳脉冲到放线张力控制系统。绞笼控制系统与放线张力控制系统通过心跳检测判断5 GHz无线网络与Profibus网络通信是否正常：任何一方的心跳停止即认为通信掉线。一旦掉线，触发警告系统，提醒用户设备异常。当两种通信均正常时，优先采用5 GHz无线的数据，只有检测到无线心跳停止并且Profibus心跳正常时，才会采用Profibus的数据。当两种通信都检测到心跳停止，触发报警系统，系统自动停机。等待故障排除，设备才能正常运行。
2.4 实施结果
当绞笼控制系统与每个放线张力控制系统的通信量为：462字节，AP与3个客户端的距离分别为：5 m;20 m;35 m时。AP与客户端的通信速率最大达到了65 m/s，是Profibus速率的4倍多。
3个客户端的信号测试结果分别如图2～图4所示。
经过完整的系统调试，设备线速度运行到10 M/min，绞笼速度运行到53 min，5 GHz系统正常运行，信号稳定，无掉线现象产生。Profibus网络通信正常，心跳检测程序运行正常，两种网络完全实现了冗余效果。
3 结语
随着生产厂家对设备因故障而停机的时间要求越来越短，传统的Profibus通信方式已经不能完全满足客户的需求。随着5 GHz无线的发展，无线网络会极大地提高网络通信的便利性，减少设备维护时间。
参考文献
[1] 金克锦.西门子SIMOTIOND在电缆机械行业笼式绞线机中的应用[J].安徽科技，2013（10）：43-44.
[2] 席永平. OPGW设备笼绞机放线恒张力控制系统设计[D].上海：同济大学，2004.
[关键词]5 GHz无线;无线局域网;笼绞机
[中图分类号]TN911.8 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）04–00–03
Application of 5 GHz Local Area Network in Cage Twister
Wang Xin
[Abstract]For the production of wire and cable， the cage strander is an indispensable equipment. The most important thing of the cage strander is the control of the pay-off tension. The control of the pay-off tension must exchange data through communication. This article introduces some characteristics and results of the use of 5 GHz wireless local area network in the communication of the cage twister， introduces its application in the cage twister in detail， improves the stability of the cage twister， and provides the communication speed.
[Keywords]5 GHz wireless; wireless local area network; cage twister
目前籠绞机中的放线张力控制主要采用Profibus的通信方式进行数据传输，虽然Profibus具有高速低成本的特点，但随着产品的更新换代，Profinet的应用变得更加广泛。但不管是Profibus或者Profinet通信，都是使用有线进行连接，当笼绞内部与外部进行有线连接，就必须使用精密滑环。由于滑环需要经常维护及其较短的使用寿命特点，导致通信的稳定性受到很大的影响，并且对设备的维护带来诸多不便。
无线通信为工业发展带来了新机遇，提供了灵活，高效的自动化解决方案。随着5 GHz的技术发展壮大，以其“更高网速、低延时高可靠、低功率海量连接”的特点，为设备之间的通信提供了高速通道。为解决笼绞内部与外部进行通信提供了新的解决方案。
1 5 GHz局域网系统的构成
系统硬件构成见表1，网络结构构成如图1所示。
接入点使用SCALANCE W774-1RJ45，客户端使用SCALANCE W734-1RJ45。接入点及客户端均满足支持IEEE 802.11a/b/g/h/n通信协议，2.4 GHz/5 GHz频段;两个R-SMA天线接口，2x2：2MIMO，在IEEE802.11n模式下，最多可达到300 Mbit/s;IP30防护等级，工作温度-20～60 ℃，抗冷凝，金属材料，外形符合SIMATIC S7-1500设计风格;功耗6 W，支持24VDC4针端子供电，支持POE供电（IEEE802.3at，Type1）;安装方式：支持壁装、DIN导轨安装、S7-300导轨安装与S7-1500导轨安装。特别适用于控制柜内的安装环境。
外接天线用于优化无线覆盖的应用，可以提供可靠的无线覆盖。MIMO天线使用多路径传播，可以同时传输3个数据流。多数据流传输在增大数据吞吐量的同时也增强数据传输的可靠性。
由于设备在运转中速度快、油污飞溅、钢丝断线等情况，外接天线的选择非常重要，所以选择使用吸顶安装或桅杆安装天线：ANT795-6 MN天线，天线增益6/8 dBi，2.4/5 GHz，防护等级达到IP65。能有效防护现场的复杂环境。
为避免当无线通信出现意外而发生掉线，导致生产意外停机的发生，保留了Profibus通信的使用。
2 5 GHz局域网系统完成的功能
2.1 功能介绍
笼绞为3段绞体，每段绞体有12个放线架，放线架均采用磁滞控制放线张力，并配备了张力传感器进行反馈。每段绞体内部均有一个单独的控制系统控制绞体上12个放线张力，称为放线张力控制系统。整套设备有一套控制系统控制设备的运行，并进行人机交互，称为绞笼控制系统。通过5 GHz局域网系统将绞笼控制系统及3个放线张力控制系统接入同一个5 GHz网络，利用此网络进行高速的数据传输，同时绞笼控制系统与放线张力控制系统也在同一个Profibus网络。用户通过人机界面设定放线张力工艺参数，参数数据通过无线网络及Profibus网络两种方式发送到放线控制系统，放线控制系统优先采用无线网络的数据，只有当无线网络出现故障时才会采用Profibus网络的数据，并且发出警告，当两个网络均出现故障时，停止传输数据并报警。放线系统根据工艺数据进行自动控制，同时放线系统将生产过程中的数据（当前张力值，盘径值等）也通过无线网络及Profibus网络发送到绞笼控制系统，这些数据通过HMI进行显示，方便用户监视生产过程。同样的绞笼控制系统会优先采用无线网络的数据。这样就实现了放线控制系统与笼绞控制系统的数据传输的整个过程。
2.2 功能实施 首先使用组态软件博图对硬件进行组态，硬件组态完成后进行网络拓扑的组态，完成后根据网络拓扑进行网络布线。
布线完成后使用组态软件对无线接入点进行网络名称及IP的分配。打开WEB浏览器输入无线接入点的IP并确认，打开无线接入点的管理页面，输入默认的用户名及密码。在随后的密码修改界面中，输入当前密码和新设置的密码，点击Set Value确认。用新的密码进行登录。进入管理页面Interfaces——WLAN，在Basic标签页面中，配置国家代为China，设备模式为AP，然后单击Set Value确认。再根据实际使用的天线在Antennas页面配置天线，单击Set Value确认。配置好天线后返回Basic标签页，勾选Enabled选择框，Frequency Band选择5 GHz，单击Set Value确认，即可激活无线接口。
为进行通信，将在频段内使用一个特定的通道，用户既可以具体设置此通道，也可以组态为自动选择通道。在Allowed Channels页面指定可能用于通信的通道，单击Set Value确认。确认好通信的通道以后，在AP选项卡中选择默认的信通，同时配置无线系统的SSID，单击Set Value确认，即可设置好该无线系统的名称。
進入管理页面Security——WLAN页面，选择认证和加密类型并输入密码，单击Set Value确认，无线系统密码设置成功。AP配置完成以后，还需要对客户端进行配置，同样的方法对三个客户端进行名称及IP的分配。
IP分配好后，使用WEB配置客户端，在浏览器输入客户端的IP地址，进入客户端配置页面，输入管理员的用户名与密码登录，参见配置AP。
在管理页面中找到Interfaces——WLAN的Basic标签页面，配置信息与AP一致，然后单击Set Value确认。在Antennas选项下配置天线，根据实际所用的天线进行选择，点击Set Value确认。配置完天线后，再回到Basic Page，使能无线连接，单击Set Value确认。
无线连接使能以后，在Allowed Channels页面指定可能用于通信的通道（选择的信通需要与AP选择的一致）。单击Set Value确认。
选择Client选项卡，进入Client配置页面，MAC Mode模式选择Layer2Tunnel（当客户端通过以太网连接多个设备并且与AP侧设备进行PN IO通信时，必须选择第2层隧道模式），在WLAN1中输入AP配置中的SSID并使能，单击Set Value确认。进入管理页面Security——WLAN页面，将认证和加密类型及密码设置为与AP一致。单击Set Value确认。客户端配置完成，可以在Information——WLAN下查看Available AP，显示可用接入点。同样的方式配置另外两个客户端。
配置完成以后，在AP中查看Information——WLAN下的Client List，可以看到通过接入点登录的客户端以及其他信息，例如状态、信号强度、MAC地址。
Profibus网络的配置与常规Profibus配置相同，使用正常的组态即可。
2.3 网络切换
绞笼控制系统发送心跳脉冲到放线张力控制系统，同时放线张力控制系统发送心跳脉冲到放线张力控制系统。绞笼控制系统与放线张力控制系统通过心跳检测判断5 GHz无线网络与Profibus网络通信是否正常：任何一方的心跳停止即认为通信掉线。一旦掉线，触发警告系统，提醒用户设备异常。当两种通信均正常时，优先采用5 GHz无线的数据，只有检测到无线心跳停止并且Profibus心跳正常时，才会采用Profibus的数据。当两种通信都检测到心跳停止，触发报警系统，系统自动停机。等待故障排除，设备才能正常运行。
2.4 实施结果
当绞笼控制系统与每个放线张力控制系统的通信量为：462字节，AP与3个客户端的距离分别为：5 m;20 m;35 m时。AP与客户端的通信速率最大达到了65 m/s，是Profibus速率的4倍多。
3个客户端的信号测试结果分别如图2～图4所示。
经过完整的系统调试，设备线速度运行到10 M/min，绞笼速度运行到53 min，5 GHz系统正常运行，信号稳定，无掉线现象产生。Profibus网络通信正常，心跳检测程序运行正常，两种网络完全实现了冗余效果。
3 结语
随着生产厂家对设备因故障而停机的时间要求越来越短，传统的Profibus通信方式已经不能完全满足客户的需求。随着5 GHz无线的发展，无线网络会极大地提高网络通信的便利性，减少设备维护时间。
参考文献
[1] 金克锦.西门子SIMOTIOND在电缆机械行业笼式绞线机中的应用[J].安徽科技，2013（10）：43-44.
[2] 席永平. OPGW设备笼绞机放线恒张力控制系统设计[D].上海：同济大学，2004.