基于工业无线以太网的钢卷运输车控制方案及应用
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摘要：在冷轧厂中，钢卷运输车是各生产工序中必不可少的设备，尤其是用于不同机组之间的长距离钢卷运输车或过跨运输车，其运行状况直接决定了各生产工序间能否紧凑地衔接起来，满足厂内原料或成品料物流顺畅，满足正常生产需求。本文描述了一种基于工业无线以太网的钢卷运输车电气控制方案，该方案中，包括液压、电机在内的驱动装置与钢卷运输车集成为机电一体设备，通过滑触线获得动力源，通过无线工业以太网络从操作人员或者前、后机组获得控制信号，使其作为独立的单体设备运行于冷轧厂钢卷物流系统之中。本方案可以满足生产过程对钢卷物流移动速度高、距离长的需求，并在某钢厂轧后库钢卷运转系统和某钢厂镀锌机组与包装机组之间的钢卷运输系统的得到应用，取得良好的效果。
关键词：钢卷运输车 滑触线 工业无线以太网
中图分类号：D922文献标识码： A
引言
1.1工艺简介
某钢厂轧后库钢卷转运系统是将钢卷从酸轧机组出口步进梁交接鞍座上运送至出口存料台。设备设有两个中间鞍座（中间存料台）、两个出口鞍座（出口存料台）及两台钢卷运输车。No.1钢卷运输车将钢卷从交接鞍座转运到中间存料台，再由 No.2 钢卷运输车将钢卷转运到出口存料台，然后由车间天车吊走，如果其中一辆钢卷运输车出现故障或者需要检修，可以移动到运输线的两端进行检修，另外一台照常工作，从而不影响正常生产。运行距离为90米，为满足生产节奏，两辆钢卷运输车的设计速度为max60m/min（负载）及max70m/min（空载）。工艺流程见图1。
图1工艺流程图
1.2设备组成
钢卷运输车为钢结构焊接件，包括升降鞍座和横移小车两部分。升降鞍座为焊接件，装在具有导向作用框架上，由液压缸驱动升降。升降液压缸固定在车架上，由同样固定在钢卷运输车上的独立液压站提供压力油。横移小车为焊接件，车体上装有4个车轮，由固定在钢卷运输车上的齿轮马达驱动，沿着两根固定在基础上的轨道行走。在运输轨道两侧地面上安装有光电开关和接近开关等设备，来判断每个鞍座上是否有钢卷以及钢卷运输车的实际位置。
电气控制系统设计
由上述描述可知，钢卷运输车速度快、运输距离长、钢卷运输控制逻辑比较复杂、控制信号较多，针对上述工艺及设备的要求和特点，电气控制系统采用滑触线为钢卷运输车供电，由地面控制系统通过工业无线以太网向钢卷运输车上控制系统发送、接收控制和状态信号。
下面从分别从供电系统、通讯系统和控制系统三个方面阐述本方案的组成。
2.1供电系统
冷轧厂中，常见的上卷钢卷车或卸卷钢卷车都是通过拖链给车上的电机供电，驱动钢卷车移动，通过液压软管输送压力油驱动钢卷车上鞍座的升降。但对本案中移动距离长、移动速度快的情况，普通电缆拖链很难满足工艺需求，且容易损耗，维护不方便。通过安全型滑触线给钢卷运输车供电的方式可以解决这个问题，其优点有如下几点：
其一是速度快，完全可以满足本项目中70m/min的移动速度，而且可靠性高。
其二是导电率高，磨损小，使用寿命长，故障率低，维护成本低。
本案中对钢卷运输车上供电采用安全型滑触线供电，三相四线制，地沟安装，其总体布置图如图2所示：
图2 安全型滑触线总体布置图
2.2通讯系统
因为钢卷运输车上没有电缆拖链，车上控制系统和地面控制系统无法采用硬接线的方式进行通讯，所以本案采用无线以太网的形式实现地面控制系统对钢卷运输车的控制。具体硬件系统采用的是西门子公司的SCALANCE W无线网络产品。
无线通讯是未来自动化的发展趋势之一，应用越来越广泛，西门子推出的SCALANCE W产品用于工业无线局域网的通讯，具有安全、可靠、耐用的特点。可以替代有线，实现可靠的通讯连接，符合WLAN 国际标准IEEE 802.11，并适用于2.4 GHz 和5 GHz免授权射频频段[1]。
无线网络主要包括3个组成部分：接入点（AP），天线，客户端（Client）。
针对本案现场的具体情况及成本等因素，接入点采用W784-1，客户端采用W744-1，并配无线天线等附件，无线天线为全向天线，有效半径为200米。完全满足本项目的需求。接入点可客户端分别通过各自的有线网络接口连接到地面控制系统和车上控制系统中，接入点和客户端通过全向无线天线互相通信。其网络配置参见图3。
图3 网络及控制系统配置图
2.3控制系统
本案中控制系统分为地面控制系统和车上控制系统，均采用西门子S7-200CPU实现逻辑运算等功能。
地面控制系统位于地面主操作台中，用于收集生产操作人员在操作台上对钢卷运输系统的手动操作及干预，同时，与酸轧机组出口步进梁进行通讯，获得自动模式下对两辆钢卷运输车的控制命令。除CPU224XP外，其I/O扩展模块用于连接操作台上按钮、选择开关和指示灯等操作元件及地面光电开关和接口开关等检测元件；PROFIBUS从站模块EM277用于与酸轧机组实现PROFIBUS总线连接，实现与酸轧机组的通讯；另外通过以太网通讯模块CP243-1连接无线以太网接入点及其天线，实现与钢卷运输车控制系统的通讯。
两辆钢卷车上分别有一套车上控制系统，安装于车载电控箱内，主要用于接收主操作台上发来的控制命令，从而控制车上的液压系统及其阀台和小车横移电机等设备。CPU224XP用于处理地面控制系统发来的控制信号，结合车载检测元件，通过I/O扩展模块控制车上液压站及其阀台，通过USS总线控制车载横移电机变频系统，以完成钢卷运输车鞍座的升降和钢卷运输车的移动的动作。其中横移电机的变频系统采用西门子MM440变频器，驱动横移电机实现对钢卷运输车及车上钢卷的平稳移动。最后通过以太网通讯模块CP243-1连接无线以太网客户端及其天线，实现与地面控制系统的通讯。控制系统配置图见图3。
应用
本系统方案在某钢厂轧后库钢卷运转系统的得到应用，于2010年投入使用，效果良好，受到用户的好评，并于2011年将该方案移植到某钢厂镀锌机组与包装机组之间的钢卷运输系统中，并做部分优化及修改，现场运行良好。
结束语
近年来，随着钢铁厂自动化水平的提高，钢铁生产效率也得到显著提升，各个生产环节之间的物理系统成为制约产量提升的瓶颈，以移动速度快、距离长为特点的钢卷运输车需求量明显加大。这要求从控制系统的全局出发，提高生产效率、降低生产成本、改进产品质量,以适应快速多变的市场需求[2]。本文介绍的以滑触线和无线通讯网络为基础的电气控制方案可以充分的满足这种需求，而且系统稳定可靠，自动化程度高，维护简单。尤其是在生产环境比较好的冷轧厂，该方案值得广泛推广。
参考文献:
[1] 高锋阳，黄聪月，韩竺秦. 基于SCALANCE W的自动化立体仓库无线网络设计. 起重运输机械，2010(2).
[2] 昌亮. 冷轧连续退火线入口自动控制系统设计. 辽宁科技大学. 2012.
基于工业无线以太网的钢卷运输车控制方案及应用
刘君祖
中冶南方(武汉)自动化有限公司 湖北省武汉市 430205
摘要：在冷轧厂中，钢卷运输车是各生产工序中必不可少的设备，尤其是用于不同机组之间的长距离钢卷运输车或过跨运输车，其运行状况直接决定了各生产工序间能否紧凑地衔接起来，满足厂内原料或成品料物流顺畅，满足正常生产需求。本文描述了一种基于工业无线以太网的钢卷运输车电气控制方案，该方案中，包括液压、电机在内的驱动装置与钢卷运输车集成为机电一体设备，通过滑触线获得动力源，通过无线工业以太网络从操作人员或者前、后机组获得控制信号，使其作为独立的单体设备运行于冷轧厂钢卷物流系统之中。本方案可以满足生产过程对钢卷物流移动速度高、距离长的需求，并在某钢厂轧后库钢卷运转系统和某钢厂镀锌机组与包装机组之间的钢卷运输系统的得到应用，取得良好的效果。
关键词：钢卷运输车 滑触线 工业无线以太网
中图分类号：D922文献标识码： A
引言
1.1工艺简介
某钢厂轧后库钢卷转运系统是将钢卷从酸轧机组出口步进梁交接鞍座上运送至出口存料台。设备设有两个中间鞍座（中间存料台）、两个出口鞍座（出口存料台）及两台钢卷运输车。No.1钢卷运输车将钢卷从交接鞍座转运到中间存料台，再由 No.2 钢卷运输车将钢卷转运到出口存料台，然后由车间天车吊走，如果其中一辆钢卷运输车出现故障或者需要检修，可以移动到运输线的两端进行检修，另外一台照常工作，从而不影响正常生产。运行距离为90米，为满足生产节奏，两辆钢卷运输车的设计速度为max60m/min（负载）及max70m/min（空载）。工艺流程见图1。
图1工艺流程图
1.2设备组成
钢卷运输车为钢结构焊接件，包括升降鞍座和横移小车两部分。升降鞍座为焊接件，装在具有导向作用框架上，由液压缸驱动升降。升降液压缸固定在车架上，由同样固定在钢卷运输车上的独立液压站提供压力油。横移小车为焊接件，车体上装有4个车轮，由固定在钢卷运输车上的齿轮马达驱动，沿着两根固定在基础上的轨道行走。在运输轨道两侧地面上安装有光电开关和接近开关等设备，来判断每个鞍座上是否有钢卷以及钢卷运输车的实际位置。
电气控制系统设计
由上述描述可知，钢卷运输车速度快、运输距离长、钢卷运输控制逻辑比较复杂、控制信号较多，针对上述工艺及设备的要求和特点，电气控制系统采用滑触线为钢卷运输车供电，由地面控制系统通过工业无线以太网向钢卷运输车上控制系统发送、接收控制和状态信号。
下面从分别从供电系统、通讯系统和控制系统三个方面阐述本方案的组成。
2.1供电系统
冷轧厂中，常见的上卷钢卷车或卸卷钢卷车都是通过拖链给车上的电机供电，驱动钢卷车移动，通过液压软管输送压力油驱动钢卷车上鞍座的升降。但对本案中移动距离长、移动速度快的情况，普通电缆拖链很难满足工艺需求，且容易损耗，维护不方便。通过安全型滑触线给钢卷运输车供电的方式可以解决这个问题，其优点有如下几点：
其一是速度快，完全可以满足本项目中70m/min的移动速度，而且可靠性高。
其二是导电率高，磨损小，使用寿命长，故障率低，维护成本低。
本案中对钢卷运输车上供电采用安全型滑触线供电，三相四线制，地沟安装，其总体布置图如图2所示：
图2 安全型滑触线总体布置图
2.2通讯系统
因为钢卷运输车上没有电缆拖链，车上控制系统和地面控制系统无法采用硬接线的方式进行通讯，所以本案采用无线以太网的形式实现地面控制系统对钢卷运输车的控制。具体硬件系统采用的是西门子公司的SCALANCE W无线网络产品。
无线通讯是未来自动化的发展趋势之一，应用越来越广泛，西门子推出的SCALANCE W产品用于工业无线局域网的通讯，具有安全、可靠、耐用的特点。可以替代有线，实现可靠的通讯连接，符合WLAN 国际标准IEEE 802.11，并适用于2.4 GHz 和5 GHz免授权射频频段[1]。
无线网络主要包括3个组成部分：接入点（AP），天线，客户端（Client）。
针对本案现场的具体情况及成本等因素，接入点采用W784-1，客户端采用W744-1，并配无线天线等附件，无线天线为全向天线，有效半径为200米。完全满足本项目的需求。接入点可客户端分别通过各自的有线网络接口连接到地面控制系统和车上控制系统中，接入点和客户端通过全向无线天线互相通信。其网络配置参见图3。
图3 网络及控制系统配置图
2.3控制系统
本案中控制系统分为地面控制系统和车上控制系统，均采用西门子S7-200CPU实现逻辑运算等功能。
地面控制系统位于地面主操作台中，用于收集生产操作人员在操作台上对钢卷运输系统的手动操作及干预，同时，与酸轧机组出口步进梁进行通讯，获得自动模式下对两辆钢卷运输车的控制命令。除CPU224XP外，其I/O扩展模块用于连接操作台上按钮、选择开关和指示灯等操作元件及地面光电开关和接口开关等检测元件；PROFIBUS从站模块EM277用于与酸轧机组实现PROFIBUS总线连接，实现与酸轧机组的通讯；另外通过以太网通讯模块CP243-1连接无线以太网接入点及其天线，实现与钢卷运输车控制系统的通讯。
两辆钢卷车上分别有一套车上控制系统，安装于车载电控箱内，主要用于接收主操作台上发来的控制命令，从而控制车上的液压系统及其阀台和小车横移电机等设备。CPU224XP用于处理地面控制系统发来的控制信号，结合车载检测元件，通过I/O扩展模块控制车上液压站及其阀台，通过USS总线控制车载横移电机变频系统，以完成钢卷运输车鞍座的升降和钢卷运输车的移动的动作。其中横移电机的变频系统采用西门子MM440变频器，驱动横移电机实现对钢卷运输车及车上钢卷的平稳移动。最后通过以太网通讯模块CP243-1连接无线以太网客户端及其天线，实现与地面控制系统的通讯。控制系统配置图见图3。
应用
本系统方案在某钢厂轧后库钢卷运转系统的得到应用，于2010年投入使用，效果良好，受到用户的好评，并于2011年将该方案移植到某钢厂镀锌机组与包装机组之间的钢卷运输系统中，并做部分优化及修改，现场运行良好。
结束语
近年来，随着钢铁厂自动化水平的提高，钢铁生产效率也得到显著提升，各个生产环节之间的物理系统成为制约产量提升的瓶颈，以移动速度快、距离长为特点的钢卷运输车需求量明显加大。这要求从控制系统的全局出发，提高生产效率、降低生产成本、改进产品质量,以适应快速多变的市场需求[2]。本文介绍的以滑触线和无线通讯网络为基础的电气控制方案可以充分的满足这种需求，而且系统稳定可靠，自动化程度高，维护简单。尤其是在生产环境比较好的冷轧厂，该方案值得广泛推广。
参考文献:
[1] 高锋阳，黄聪月，韩竺秦. 基于SCALANCE W的自动化立体仓库无线网络设计. 起重运输机械，2010(2).
[2] 昌亮. 冷轧连续退火线入口自动控制系统设计. 辽宁科技大学. 2012.