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西门子 SCALANCE W工业移动通讯技术在自动化立体仓库中的应用
发布时间：修改时间：2009/6/30 18:19:23 浏览次数：4259

　　立体仓库简介
　　自动化立体仓库不是单一设备堆积而成的仓库，它是一个仓库系统。自动化立体仓库中所有设备在控制软件的管理下统一高效地运行。这些设备可能包括搬运设备-如堆垛机、AGV
　　小车；输送设备-输送带；容器-如托盘；货架-如高位货架；扫描系统-如激光读码系统；传感器等在高效、安全地系统中运行。
　　因为自动化立体仓库不单纯是一个仓库，所以它的建设也是一个复杂的系统工程。包括地基的勘探、工程的设计、建设等。自动化立体仓库系统的设计建设必须与企业的物流规划、企业的发展联系起来综合考虑，使其成为物流链中重要的节点。

　　在实现立体仓库货物自动堆垛功能，堆垛机是一个的重要组件，稳定可靠的堆垛机在货物堆放流程中可代替繁重的人力搬运，以及易损坏物品的忧虑。堆垛机控制系统通常采用PLC和单片机结合的方式集成。由于堆垛机的操作位置是随着货物的堆放位置变化而变化的，其通讯控制是移动变化中进行的。
　　堆垛机移动通讯解决方案
　　目前移动通讯解决方案通常有三种方式红外线，滑触线，无线局域网
　　红外线和滑轨方式都是比较传统的解决方案，但是这两种解决方案都存在着许多的不足，无线局域网技术是一个比较新的解决方案，有很好的应用前景，但是需要妥善解决信号覆盖的问题才能保证系统通讯的可靠性。
　　红外线通讯解决方案
　　在红外线通讯解决方案中，安装在移动的堆垛机上中的堆垛机控制器（通常选用S7-300 PLC）通过与其连接的红外线转换模块将PROFIBUS DP信号转换成红外射线信号与安装在轨道尽头固定的红外线转接模块通讯，各条轨道尽头的红外通过一个串口集线器统一接入到调度工作站中。
　　如下图所示：

　　方案评述：
　　1，通讯距离受限制：通常只有4米的通讯距离，有些大功率可以达到100米左右，但无法在已有的传输路径上采用放大或中继的方式延伸传输距离。
　　2，可靠性比较低：红外信号的穿透效果，衍射效果以及反射效果很差，致使两个红外转换模块间有任何障碍物就会发生通讯中断的情况，既无法进行非直视数据传输。
　　3，系统扩展性能差：当应用的立体仓库面积过大，弯道过多时红外模块的数量会急剧增加，同样串口的数量也会急剧增加，每增加一个红外转换模块都必须在调度工作站上增加一个串口，从系统调试和整合来说都会带来比较大的困难。
　　4，红外射线通讯双方是非接触式的，数据传输带宽4M.
　　5，轨道发生弯转时有可能无法通讯，要通讯必须在弯转部位增加红外转接模块。
　　滑触线解决方案
　　滑轨解决方案是将安装在堆垛机上的控制器端的PROFIBUS DP
　　通讯接口接入一个导轨放大器模块，导轨放大器上的通讯端子与滑触线上的滑动探刷相连，每个移动站作为一个PROFIBUS DP 从站，固定接入导轨放大器模块作为PROFIBUS DP 主站。整个系统的扩展通过增加从站的方式来实现，最多可扩展到32个从站。
　　系统如图：

　　方案评述
　　1，系统维护成本高：由于移动通讯是通过硬件接触滑动来实现的，接触面的磨损变形等因素会导致接触不良，导致通讯中断，维护频率高。
　　2，滑轨的安装成本高：在整个系统中导轨的投资比较大，而且由于移动通讯是通过硬件接触来实现的，对接触面的安装精度要求比较高才能保证通讯的可靠性。
　　3，对应用环境要求比较高：由于滑动接触面是裸露在外的；粉尘，蒸汽都有可能导致接触不良的现象发生。
　　4，数据通讯双方是接触式通讯，通讯带宽在滑轨长为25时为500Kbps，随着长的延伸有效通讯速率在不断下降。
　　5，滑触线方式可实现轨道弯转时移动通讯。
　　SCALANCE W工业移动通讯解决方案
　　西门子 SCALANCE W工业移动通讯解决方案属于无线以太网解决方案的一种。针对工业现场的需要西门子对无线以太网设备硬件和软件加以改进开发出了SCALANCE W系列工业无线以太网产品，这个系列产品可以在各种工业环境中使用，立体仓库堆垛机控制系统是SCALANCE W 系列产品一个比较典型的应用环境。前面两种方案中提到不可靠的因素可以在SCALANCE W移动通讯解决方案中得到很好的解决。
　　SCALANCE W 同时遵循现有的4种国际通行的无线以太网标准，具有很好的兼容性。兼容的标准有802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11h.可以使用2.4G 和5G两个免授权射频频段。
　　SCALANCE W移动通讯解决方案（如下图所示）的组成可以分为三个子部分：
　　1，无线接入点设备 2，Rcoax 天馈线系统 3，客户端设备

　　无线接入点
　　无线接入点设备用来辐射一个无线信号区域用于移动的无线客户端接入,它就象一个无线的基站一样.
　　802.11标准使用的2.4G 和5G的射频频段，在物理连接上它像红外向一样是无线连接的，但要比红外射线在作数据传输上有更好的表现，它对有些障碍物具有一定的穿透性，在一个规则的物理空间内具有很好的反射效果，这样可以实现非直视数据传输，可靠性可以在一定程度上得以提高。
　　通常的无线接入点当面对多个无线客户端通讯时处于一种通讯资源被竞争利用的角色,这样系统就无法保证每个客户端通讯的确定性和实时性.
　　SCALANCE W 700系列接入点独有的iPCF功能可以保证每个注册客户端有固定的通讯通讯资源用于数据传输，从而确定性和实时性得以实现，这也是其可以适用于工业环境的特性之一。
　　RCOAX天馈线系统 ( 如下图 )

　　红外线通讯的优点是通讯双方之间是非接触的，无磨损故障现象，由于红外线无法非直视通讯，当轨道发生弯转时就无法通讯，而滑触线却可以在轨道弯转处进行实时通讯。RCOAX 天馈线是这样一个综合了两者的优点的馈线系统。
　　RCOAX馈线系统的主体是漏波电缆，它借鉴了标准馈线传输信号损耗小的优点，以及2-5GHz信号的衍射特性而设计的一种线状天线，区别于通常的杆状或面状天线。机构设计上遵循2.4G 或5G的衍射原理将特定的馈线等距离的开出一列漏波孔。射频信号通过漏波孔向外辐射。
　　这种天线可以很好的规避障碍物的屏蔽作用，将射频信号随着电缆的敷设位置而向外延伸，单节最长可达200M的敷设距离。RCOAX馈线系统可以像滑触线一样随着轨道的弯转而敷设，也可以像红外线一样非接触无线通讯。
　　无线客户端
　　用来安装在移动的堆垛机上将移动的控制器接入到无线接入点覆盖的无线网络中，达到移动设备通讯联网的目的。SCALANCE W系列客户端有两种，一种是将以太网接口的控制设备接入到无线以太网的模块，即 W 740系列产品；另一种是将标准的PROFIBUS DP从站设备接入到无线以太网的模块，即IWLAN/PB LINK PN IO , 这个模块本身作为一个DP主站与DP从站以主从方式通讯，同时与上位系统以PROFINET IO方式通讯。
　　方案评述
　　1，系统集成简单，系统扩展性好：由于采用的无线以太网技术，不同的立库系统设计增加堆垛机时只需要增加客户端数量即可，单个接入点最多可以接入35客户端，冗余的方式还可以接入多达70个客户端。
　　2，可靠性高：SCALANCE W系列移动通讯产品的防护等级达到了IP 65标准，模块借口部分甚至达到了IP 67的标准。特有的RCOAX天馈线系统建立了一个无信号死区的无线网络。
　　3，实时性高：在设置使用802.11g标准时最高可达54M 通讯带宽，并且独有的IPCF功能保证系统通讯的确定性。

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