無線通訊技術(shù)被認(rèn)為是工業(yè)控制領(lǐng)域繼現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)后的又一個熱點,作為當(dāng)前世界最具活力的新興技術(shù)之一,無線通訊技術(shù)具有有線技術(shù)無法或很難取代的優(yōu)勢,并且逐步滲透到工業(yè)控制的各個環(huán)節(jié)。
優(yōu)勢
1)成本低廉
相對于有線安裝、維護、故障診斷和升級配線的成本。
2)靈活性高
沒有電纜的約束,工廠管理者可以容易地配置裝配線來適應(yīng)變化了的用戶需求,以更好地跟蹤生產(chǎn)過程。
3)易用性
具有分布式智能的集成無線傳感器系統(tǒng)能夠獨立于操作者實現(xiàn)對工業(yè)過程的控制。
4)可靠性高
在有線網(wǎng)絡(luò)中大部分的故障是由連接器引起的,而無線系統(tǒng)則排除了這樣的可能。此外,原材料技術(shù)的不斷進步使集成無線傳感器系統(tǒng)能夠滿無線通信技術(shù)的分類足艱苦工業(yè)環(huán)境所要求的持久性和可靠性。
5) 安全性
隨著技術(shù)的發(fā)展和新威脅的不斷出現(xiàn),安全維護的升級能力是必不可少的。新的加密策略和隱蔽的數(shù)據(jù)傳送預(yù)示著無線的安全級別將超過有線系統(tǒng)。
6)可集成MEMS技術(shù)
微機電系統(tǒng)(MEMS)在感知能力方面提供了巨大的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益,而集成無線模塊,傳感器能夠避免這種由于微型設(shè)備上附著大量電纜而導(dǎo)致的故障。隨著無線傳感器體積的繼續(xù)縮小,這樣的優(yōu)勢會呈現(xiàn)顯著的增長趨勢。
7) 施工周期短
無線傳感器系統(tǒng)可以通過節(jié)點的自組織和自配置功能迅速搭建成有效的通信網(wǎng)絡(luò)。
應(yīng)用案例
安全和環(huán)境方面的收益
案例一 : 艾默生智能無線技術(shù)幫助 Severstal Wheeling公司在俄亥俄州的鋼廠提高效益
美國第四大集成鋼鐵制造商 Severstal Wheeling 在其位于俄亥俄州 Mingo Junction 的全集成 80 英寸鋼帶熱軋機廠采用了艾默生過程管理的智能無線技術(shù),以提高對過程、消防安全和環(huán)境的監(jiān)測能力。
Severstal Wheeling 公司最初采用艾默生的智能無線方案監(jiān)測生產(chǎn)過程,以防止價值 30萬美元的軋輥發(fā)生故障,并提高升需求。原有的汽車涂裝底漆生產(chǎn)線存在瓶頸工位 ,受工藝時間的限制,節(jié)拍時間長。另外原有的汽車涂裝底漆生產(chǎn)線是采用分段供電的控制方式,所有的動作都由地面主控PLC完成,技術(shù)比較落后,柔性差,擴充很難;老系統(tǒng)已使用了10年,部分設(shè)備已經(jīng)老化,故障率很高,維護十分困難。
但是原有工藝槽體本身還是存在提升的潛力的(槽體空間比較大,能夠放入兩臺車體進行工藝處理)。通過對瓶頸工位進行雙工位改造和增加自行小車車組,是能夠消除瓶頸,但要原有控制系統(tǒng)是很難實現(xiàn)的,勢必要對原有自動化輸送控制系統(tǒng)進行改造升級。
此次底漆生產(chǎn)線的改造,實際上就是底漆生產(chǎn)線自動化輸送系統(tǒng)(環(huán)行自行小車)的改造 。通過此次自動化輸送系統(tǒng)的改造,最終達到的產(chǎn)能目標(biāo):改造后單排、一排半車型工藝節(jié)拍:210s(原280S),產(chǎn)能提高近30%,雙班日產(chǎn)達到300臺(原為200臺左右)。
盡管底漆生產(chǎn)線動作過程是比較簡單的,但改造是在仍生產(chǎn)使用的老線的基礎(chǔ)上進行改造,而且改造時間很短(10天左右的時間),風(fēng)險很大,其余的廠家都因此選擇退出。也就是說我們?nèi)绻灿贸R?guī)的方案,時間肯定不夠,但是如果采用新的技術(shù),可靠性如何來保證。
我們的方案規(guī)劃始終圍繞著:確保可靠性,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。PLC和無線產(chǎn)品都采用了菲尼克斯公司的產(chǎn)品,一致性,兼容性好,結(jié)構(gòu)緊湊,空間最小化。
使用無線網(wǎng)絡(luò)帶來的直接好處:安裝簡單方便,免除了硬線連接所需的排線施工和校驗的工作,大幅度的降低了現(xiàn)場施工工作量,最大限度的縮短現(xiàn)場改造周期;根本消除滑觸線聯(lián)絡(luò)方式易產(chǎn)生的抖動、干擾、丟失等弊端,特別是解決滑觸線方式信號傳輸量限制的根本問題。實現(xiàn)系統(tǒng)信息的全采集。提高了可靠性和穩(wěn)定性,也給操作和維護帶來了方便;同時提供了系統(tǒng)無線接入點,解決了以往自行小車車載系統(tǒng)與地面連接的問題。在對車載系統(tǒng)進行調(diào)試、參數(shù)變更、故障檢查、維護時無須采用以往空中操作或線控隨行方式,可以在無線系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的任意位置通過無線客戶端(如筆記本電腦)對系統(tǒng)全部被控點進行操作和監(jiān)控;系統(tǒng)界面全開放,調(diào)試簡單方便,節(jié)省了開發(fā)和調(diào)試時間。柔性程度高,擴展容易。將來要想增加車組,控制系統(tǒng)只需增加一套車載控制單元和一臺無線EC即可;通過對滑觸線的創(chuàng)新改造,開發(fā)了一套安全保障系統(tǒng),即使無線出現(xiàn)故障新滑觸線系統(tǒng)也能保障生產(chǎn)線的不停線運行;先進的定位識別系統(tǒng)無機械摩損,無需參考點,絕對位置測量,實時檢測,最大限度的實現(xiàn)小車的智能化。
發(fā)展方向
1)當(dāng)前無線通訊技術(shù)重要的發(fā)展方向是通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化。如無線系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)的共存性(Co-existence),不同廠家設(shè)備的相互可操作性以及系統(tǒng)之間的相互協(xié)作性,這些都有賴于制定能被普遍接受的無線通信協(xié)議。
2)無線局域網(wǎng)今后的研究方向主要集中在安全性、可靠性、能耗性、移動漫游、網(wǎng)絡(luò)管理以及與其它移動通信系統(tǒng)之間的關(guān)系等問題上。更高的通訊速率;研發(fā)智能天線進一步提高頻譜利用率,增加覆蓋范圍;與Wimax融合,支持高速、移動接入。
3)現(xiàn)場總線的無線傳輸?shù)目尚行哉谠u估,無線通訊技術(shù)將會和現(xiàn)場總線技術(shù)更加緊密結(jié)合。
4)無線傳輸目前尚處在發(fā)展的早期階段。無線技術(shù)首先會用在樓宇自動化、自動抄表、事故響應(yīng)、設(shè)備監(jiān)控等領(lǐng)域得到應(yīng)用。當(dāng)前較適宜應(yīng)用的行業(yè)有:汽車制造、食品加工、制藥和設(shè)備資產(chǎn)跟蹤等。
5)由于工廠無線技術(shù)種類較多,技術(shù)特征差異比較大,無線通信只是現(xiàn)有有線通信系統(tǒng)的一種發(fā)展和重要補充,決非一種替代,工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無線相結(jié)合方向發(fā)展。流程工業(yè)儀器設(shè)備的生產(chǎn)廠家們也在努力研發(fā)、生產(chǎn)無線數(shù)據(jù)傳送的元器件。
無線通訊技術(shù)進入工業(yè)控制領(lǐng)域進度日益加快,ABB、艾默生、E+H、MacTek、P+F、Phoenix-Contact、Honeywell以及西門子等無線技術(shù)設(shè)備供應(yīng)商紛紛瞄準(zhǔn)了這一巨大的市場,不斷推出新的無線產(chǎn)品,給工業(yè)控制領(lǐng)域的用戶帶來了豐富的選擇,當(dāng)用戶越來越充分的感受到無線通信技術(shù)帶來的價值時,無線技術(shù)也必然會走出工廠管理級和遠(yuǎn)程遙測,進入更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。