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西門子 SCALANCE W工業移動通訊技術在自動化立體倉庫中的應用
發布時間：修改時間：2009/6/30 18:19:23 瀏覽次數：4562

　　立體倉庫簡介
　　自動化立體倉庫不是單一設備堆積而成的倉庫，它是一個倉庫系統。自動化立體倉庫中所有設備在控制軟件的管理下統一高效地運行。這些設備可能包括搬運設備-如堆垛機、AGV
　　小車；輸送設備-輸送帶；容器-如托盤；貨架-如高位貨架；掃描系統-如激光讀碼系統；傳感器等在高效、安全地系統中運行。
　　因為自動化立體倉庫不單純是一個倉庫，所以它的建設也是一個復雜的系統工程。包括地基的勘探、工程的設計、建設等。自動化立體倉庫系統的設計建設必須與企業的物流規劃、企業的發展聯系起來綜合考慮，使其成為物流鏈中重要的節點。

　　在實現立體倉庫貨物自動堆垛功能，堆垛機是一個的重要組件，穩定可靠的堆垛機在貨物堆放流程中可代替繁重的人力搬運，以及易損壞物品的憂慮。堆垛機控制系統通常采用PLC和單片機結合的方式集成。由于堆垛機的操作位置是隨著貨物的堆放位置變化而變化的，其通訊控制是移動變化中進行的。
　　堆垛機移動通訊解決方案
　　目前移動通訊解決方案通常有三種方式紅外線，滑觸線，無線局域網
　　紅外線和滑軌方式都是比較傳統的解決方案，但是這兩種解決方案都存在著許多的不足，無線局域網技術是一個比較新的解決方案，有很好的應用前景，但是需要妥善解決信號覆蓋的問題才能保證系統通訊的可靠性。
　　紅外線通訊解決方案
　　在紅外線通訊解決方案中，安裝在移動的堆垛機上中的堆垛機控制器（通常選用S7-300 PLC）通過與其連接的紅外線轉換模塊將PROFIBUS DP信號轉換成紅外射線信號與安裝在軌道盡頭固定的紅外線轉接模塊通訊，各條軌道盡頭的紅外通過一個串口集線器統一接入到調度工作站中。
　　如下圖所示：

　　方案評述：
　　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：紅外信號的穿透效果，衍射效果以及反射效果很差，致使兩個紅外轉換模塊間有任何障礙物就會發生通訊中斷的情況，既無法進行非直視數據傳輸。
　　3，系統擴展性能差：當應用的立體倉庫面積過大，彎道過多時紅外模塊的數量會急劇增加，同樣串口的數量也會急劇增加，每增加一個紅外轉換模塊都必須在調度工作站上增加一個串口，從系統調試和整合來說都會帶來比較大的困難。
　　4，紅外射線通訊雙方是非接觸式的，數據傳輸帶寬4M.
　　5，軌道發生彎轉時有可能無法通訊，要通訊必須在彎轉部位增加紅外轉接模塊。
　　滑觸線解決方案
　　滑軌解決方案是將安裝在堆垛機上的控制器端的PROFIBUS DP
　　通訊接口接入一個導軌放大器模塊，導軌放大器上的通訊端子與滑觸線上的滑動探刷相連，每個移動站作為一個PROFIBUS DP 從站，固定接入導軌放大器模塊作為PROFIBUS DP 主站。整個系統的擴展通過增加從站的方式來實現，最多可擴展到32個從站。
　　系統如圖：

　　方案評述
　　1，系統維護成本高：由于移動通訊是通過硬件接觸滑動來實現的，接觸面的磨損變形等因素會導致接觸不良，導致通訊中斷，維護頻率高。
　　2，滑軌的安裝成本高：在整個系統中導軌的投資比較大，而且由于移動通訊是通過硬件接觸來實現的，對接觸面的安裝精度要求比較高才能保證通訊的可靠性。
　　3，對應用環境要求比較高：由于滑動接觸面是裸露在外的；粉塵，蒸汽都有可能導致接觸不良的現象發生。
　　4，數據通訊雙方是接觸式通訊，通訊帶寬在滑軌長為25時為500Kbps，隨著長的延伸有效通訊速率在不斷下降。
　　5，滑觸線方式可實現軌道彎轉時移動通訊。
　　SCALANCE W工業移動通訊解決方案
　　西門子 SCALANCE W工業移動通訊解決方案屬于無線以太網解決方案的一種。針對工業現場的需要西門子對無線以太網設備硬件和軟件加以改進開發出了SCALANCE W系列工業無線以太網產品，這個系列產品可以在各種工業環境中使用，立體倉庫堆垛機控制系統是SCALANCE W 系列產品一個比較典型的應用環境。前面兩種方案中提到不可靠的因素可以在SCALANCE W移動通訊解決方案中得到很好的解決。
　　SCALANCE W 同時遵循現有的4種國際通行的無線以太網標準，具有很好的兼容性。兼容的標準有802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11h.可以使用2.4G 和5G兩個免授權射頻頻段。
　　SCALANCE W移動通訊解決方案（如下圖所示）的組成可以分為三個子部分：
　　1，無線接入點設備 2，Rcoax 天饋線系統 3，客戶端設備

　　無線接入點
　　無線接入點設備用來輻射一個無線信號區域用于移動的無線客戶端接入,它就象一個無線的基站一樣.
　　802.11標準使用的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據傳輸上有更好的表現，它對有些障礙物具有一定的穿透性，在一個規則的物理空間內具有很好的反射效果，這樣可以實現非直視數據傳輸，可靠性可以在一定程度上得以提高。
　　通常的無線接入點當面對多個無線客戶端通訊時處于一種通訊資源被競爭利用的角色,這樣系統就無法保證每個客戶端通訊的確定性和實時性.
　　SCALANCE W 700系列接入點獨有的iPCF功能可以保證每個注冊客戶端有固定的通訊通訊資源用于數據傳輸，從而確定性和實時性得以實現，這也是其可以適用于工業環境的特性之一。
　　RCOAX天饋線系統 ( 如下圖 )

　　紅外線通訊的優點是通訊雙方之間是非接觸的，無磨損故障現象，由于紅外線無法非直視通訊，當軌道發生彎轉時就無法通訊，而滑觸線卻可以在軌道彎轉處進行實時通訊。RCOAX 天饋線是這樣一個綜合了兩者的優點的饋線系統。
　　RCOAX饋線系統的主體是漏波電纜，它借鑒了標準饋線傳輸信號損耗小的優點，以及2-5GHz信號的衍射特性而設計的一種線狀天線，區別于通常的桿狀或面狀天線。機構設計上遵循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。射頻信號通過漏波孔向外輻射。
　　這種天線可以很好的規避障礙物的屏蔽作用，將射頻信號隨著電纜的敷設位置而向外延伸，單節最長可達200M的敷設距離。RCOAX饋線系統可以像滑觸線一樣隨著軌道的彎轉而敷設，也可以像紅外線一樣非接觸無線通訊。
　　無線客戶端
　　用來安裝在移動的堆垛機上將移動的控制器接入到無線接入點覆蓋的無線網絡中，達到移動設備通訊聯網的目的。SCALANCE W系列客戶端有兩種，一種是將以太網接口的控制設備接入到無線以太網的模塊，即 W 740系列產品；另一種是將標準的PROFIBUS DP從站設備接入到無線以太網的模塊，即IWLAN/PB LINK PN IO , 這個模塊本身作為一個DP主站與DP從站以主從方式通訊，同時與上位系統以PROFINET IO方式通訊。
　　方案評述
　　1，系統集成簡單，系統擴展性好：由于采用的無線以太網技術，不同的立庫系統設計增加堆垛機時只需要增加客戶端數量即可，單個接入點最多可以接入35客戶端，冗余的方式還可以接入多達70個客戶端。
　　2，可靠性高：SCALANCE W系列移動通訊產品的防護等級達到了IP 65標準，模塊借口部分甚至達到了IP 67的標準。特有的RCOAX天饋線系統建立了一個無信號死區的無線網絡。
　　3，實時性高：在設置使用802.11g標準時最高可達54M 通訊帶寬，并且獨有的IPCF功能保證系統通訊的確定性。

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