无线网络在焊管生产线精整区运管车设计中的应用

剧树生李利利刘海鹏杨亭亭袁　超

（山东胜利钢管有限公司，山东淄博255082）

0　前言

随着预精焊先进设备及工艺的引进，焊管生产线生产能力迅速提高，精整区设备数量成倍增加，辊道数量急剧增多，各列辊道之间运输钢管的距离越来越远，焊管精整区各个岗位对运管车的需求也相应增多。运管车性能的稳定可靠直接影响生产线工艺流程的通畅、精整区焊管质量检验速度的快慢以及产品质量检验效率的高低。

先前使用的拖链运管车结构虽然简单，但是作业距离长，其通讯方式采用主从PROFIBUS有线通信，自身有独立的油泵和阀站，优点在于油管不用走拖链，减轻了拖链的工作压力，但存在的关键问题是主电源电缆和通信电缆在运管车行走时频繁曲折，寿命减少[1]。而且，拖链因为作业距离长会塌腰，如果未及时发现就会损伤甚至拽断主电源电缆和通信电缆，使日常维护工作量和维修成本增大。

1　新型无线运管车的设计

1.1　新型无线运管车的组成

新型无线运管车如图1所示，主要由机械部分、液压部分和电气部分组成。其机械部分包括金属导轨、车轮、横梁和运管车电机等；液压部分主要包括油箱、阀站、油管、油泵电机和液压缸托臂；电气部分包括电控柜、电源滑线、无线发送接收设备和漏波电缆等。

图1　新型运管车照片

新型无线运管车与先前使用的拖链运管车相比，机械和液压部分结构基本相同，不同的是电气部分。电气部分的主要区别见表1。

表1　新型无线运管车与拖链运管车电气部分的区别

1.2　新型无线运管车的设备选型

1.2.1主电源滑线和滑线夹成套设备

对于主电源滑线和滑线夹成套设备，不但要保证滑线和滑线夹在新型运管车频繁行走时接触良好，主电源不缺相，也不会发生三相相间短路，同时要保证滑线和滑线夹使用寿命长，后期维护工作量小。因此采用M型单极组合式滑线（型号为SC831098/150）以及配套辅材。与天车相比，结构稍有差异，在运管车大车上增加一集电器小车，这样就能有效避免小车长时间来回滑动时连接碳刷脱落的现象发生，连接方式如图2所示。

图2　无线运管车主电源滑线和滑线夹成套设备连接方式

1.2.2无线网络设备

运管车无线网络设备选型见表2。无线网络设备采用PROFINET工业无线局域网技术。工业无线局域网（IWLAN）是IEEE802.1标准的扩展，尤其适合在实时与冗余性方面具有苛刻要求的工业环境中使用。西门子提供的SCALANCE W产品集可靠性、坚固性和安全性于一身，适合工业环境中的自动化客户使用。本设备选择发射接收模块SCALANCE W788/W744，同时选择Rcoax漏波电缆是因为它在理想的无线区域没有接触，彻底摆脱了拖链给运管车带来的各种隐患，并且易于安装，坚固耐用，可提供可控的无线区域。

表2　无线运管车无线网络设备选型表

其次，无线运管车控制输入、输出数量不多，控制油泵启停、运管车行走、托管升降等，应用中央处理单元CPU216带三组输入、两组输出即可满足，另加一个CP243-1模块，分配一个IP地址，利用无线网络就可以和整个区CPU300联系起来。无线设备采用SCALANCE W744，把每个运管车作为一个客户端，一端连接CP243-1，另一端连接定向天线；整个区CPU300利用工业交换机SCALANCE X108PRO，一端连接CP343-1，另一端连接无线发射端SCALANCE W788，而无线发射端直接连接漏波电缆。这样S7-300的数据可以由无线发射端通过漏波电缆进入运管车客户端与S7-200数据进行交互。

2　新型无线运管车的工作原理

2.1　S7-200的以太配置

S7-200的以太配置很关键，它不单是给自己配置一个与整个区辊道CPU同网段的IP地址，还必须设置好从服务器（S7-300CPU）读写的数据传输起始点。以某区的某个运管车为例，对S7-200的以太配置做进一步说明，具体操作界面如图3所示。

先给某个运管车配置一个与服务器同网段的IP地址（图3（a）），再依据运管车连接方式将服务器IP地址设置好（图3（b））。在远程服务器读取数据时，要设置好数据存储在服务器的位置和对应本地PLC的位置（图3（c））。同样，在远程服务器写入数据时，要设置好数据存储在服务器的位置和对应本地PLC的位置（图3（d））。在这里只采用从远程服务器读取对应关系的数据。

图3　无线运管车S7-200的以太配置

2.2　PRO客户端和发射端SCALANCE IP分配

在PC上安装PST V4.0软件，打开软件，勾选本地连接，将Ethernet网线PC和PRO客户端W744（发射端SCALANCE W788）连接，分别对PRO客户端W744和发射端SCALANCE W788进行IP地址分配，同样在一个网段上，分配好后执行下载。PRO客户端和发射端SCALANCE IP分配操作界面如图4所示。

2.3　S7-200与S7-300 PLC数据传输

以油泵启动为例，图5为PLC-300编写与PLC-200数据传输程序，S7-300里面定义的油泵启动输入点I56.0，通过图3（c）和图5的对应关系，与运管车S7-200相对应的是V0.1。图6为无线运管车油泵启动在PLC-200中的程序。

图4　PRO客户端和发射端SCALANCE IP分配

图5　PLC-300编写与PLC-200数据传输程序

图6　运管车油泵启动在PLC-200中的程序

3　新型无线运管车的优点

新型无线运管车灵活应用了PROFINET无线网络，将拖链运管车存在的隐患彻底消除，它应用了滑线和滑线夹成套设备将拖链运管车主电源电缆来回曲折所带来的问题完全解决，彻底消除了故障隐患，大幅减少了日常维护量。

同时，它将S7-200和S7-300利用Ethernet网络完全联系成一个网构化系统，实现了数据读写无障碍传输，给钢管生产工艺的进一步完善和设备维护、改造甚至设计提供了极大的便捷性和足够的空间。

另外，新型运管车在安装上也考虑到以前拖链运管车不注意的细节，比如控制箱安装位置问题。以前拖链运管车控制箱是安装在前端横向安装，这样运管车在行进过程中容易被其他物体碰撞或被钢管砸坏，而新型运管车将控制箱安装在后端托管升降臂内侧纵向安装，这样就避免了此类现象发生。

4　结语

无线运管车在生产线使用至今已经两年半的时间，与拖链运管车相比，设备故障发生率低，性能稳定可靠，使用效果良好。

参考文献：

［1］郭朝辉.Profinet现场总线通信技术在水钢烧结厂的应用［J］.冶金自动化，2012,33（03）：71-75.

［2］周晓望.Profibus现场总线技术在啤酒生产中的应用［J］.啤酒科技，2008（07）：43-44,48.

［3］廖常初.S7-300/400PLC 应用技术［M］.3版.北京:机械工业出版社，2012.

［4］向晓汉.西门子PLC工业通信完全精通教程［M］.北京:化学工业出版社，2013.

［5］张运刚，宋小春，郭武强，等.西门子S7-300/400PLC技术与应用［M］.北京:人民邮电出版社，2010.

［6］杜江,吴益宇.基于S7-200PLC的工业无线以太网通讯应用［J］.可编程控制器与工厂自动化，2008（12）:83-86.

［7］彭杰,应启戛.PROFINET 工业以太网技术分析［J］.南昌大学学报（工科版），2010（02）:188-191.

［8］罗祖宪,韩达.PROFINET I/O 总线诊断［J］.自动化博览，2012（09）：106-108，114.

［9］尹海，孟彦京.西门子工业以太网PROFINET应用［J］.中国仪器仪表，2011（S1）：115-118.