- 相關(guān)推薦
焊接生產(chǎn)監控常用的通信技術(shù)論文
1焊接生產(chǎn)監控常用的通信技術(shù)
1.1RS485串行總線(xiàn)
RS485是為了解決RS232無(wú)法高速長(cháng)距離多點(diǎn)傳輸的局限性而提出的一種工業(yè)串行總線(xiàn)技術(shù)，它最大的特點(diǎn)就是采用平衡發(fā)送差分接收的方式進(jìn)行信號的傳輸，所以在焊接生產(chǎn)監控中具有較好的抗干擾性能。如文獻[4]設計了基于RS485串行通訊的焊機集散控制系統，監控中心可以將查詢(xún)到的焊接規范參數傳遞至多臺焊機，實(shí)現了對現場(chǎng)的遠程實(shí)時(shí)監控。但是，由于RS485只能通過(guò)主機輪詢(xún)的方式進(jìn)行通訊，網(wǎng)絡(luò )利用率低，實(shí)時(shí)性較差，并且當個(gè)別節點(diǎn)出現故障時(shí)會(huì )導致整個(gè)總線(xiàn)癱瘓，系統的可靠性不高。
1.2CAN總線(xiàn)
CAN總線(xiàn)是控制局域網(wǎng)技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)，通信速率可達1MbPs，直接傳輸距離最遠10km。CAN總線(xiàn)為多主方式工作，采用帶優(yōu)先級的CSMA/AC和非破壞仲裁技術(shù)，其報文為短幀結構，數據出錯率極低，并且節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下可自動(dòng)關(guān)閉輸出，不會(huì )引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的癱瘓，因此，CAN總線(xiàn)具有較高的可靠性與實(shí)時(shí)性，能夠出色地完成對焊接生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監控。設計了采用CAN總線(xiàn)的數據通信系統，成功用于對多臺焊機工作過(guò)程中電機運行參數的設置與監控；文獻則提出4個(gè)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接至同一個(gè)主監控中心的方案，解決了單個(gè)網(wǎng)絡(luò )只可容納110個(gè)站點(diǎn)的限制，實(shí)現了對多達256臺電焊機的實(shí)時(shí)監控與集中管理。
1.3工業(yè)以太網(wǎng)
工業(yè)以太網(wǎng)是應用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，采用IEEE802.3標準和TCP/IP技術(shù)作為其協(xié)議基礎，信號通過(guò)屏蔽或非屏蔽雙絞線(xiàn)以及光纖進(jìn)行傳輸。工業(yè)以太網(wǎng)傳輸性能優(yōu)良，速度可達1000Mbps，最遠傳輸距離在1km以上，通過(guò)雙向交換機還可以增加其站點(diǎn)數，非常適合于設備眾多且較為分散的焊接生產(chǎn)車(chē)間。另外，工業(yè)以太網(wǎng)與Internet連接十分方便，這樣使得在互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)內的任何授權用戶(hù)均可監控焊接生產(chǎn)現場(chǎng)的數據，實(shí)現“管控一體化”，因此，工業(yè)以太網(wǎng)是焊接生產(chǎn)監控的一個(gè)重要發(fā)展方向。如文獻[10]設計了基于焊接網(wǎng)絡(luò )控制器的工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)方案，將不同通信協(xié)議的設備通過(guò)焊接網(wǎng)絡(luò )控制器接入以太網(wǎng)，實(shí)現了通過(guò)網(wǎng)絡(luò )設定焊接參數的控制方案。文獻[11]則采用以太網(wǎng)設計了焊接設備網(wǎng)絡(luò )控制系統，利用單片機控制系統結合嵌入式網(wǎng)關(guān)模塊的方式，將電焊機接入以太網(wǎng)，實(shí)現了焊接生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )化，并且能夠對電焊機進(jìn)行遠程故障診斷和參數管理。在實(shí)時(shí)性方面，工業(yè)以太網(wǎng)使用的是不帶優(yōu)先級的CSMA/CD的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式，其本質(zhì)上是非實(shí)時(shí)的，但通過(guò)采用星型網(wǎng)絡(luò )結構、以太網(wǎng)交換技術(shù)以及全雙工工作方式，完全可以使工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性滿(mǎn)足焊接生產(chǎn)監控的要求。但是在可靠性方面，工業(yè)以太網(wǎng)的魯棒性和抗干擾能力是值得關(guān)注的問(wèn)題，其對于環(huán)境惡劣的焊接生產(chǎn)現場(chǎng)適應性較差。另外，工業(yè)以太網(wǎng)還需額外電纜進(jìn)行供電，這就給布線(xiàn)帶來(lái)了一定的麻煩。
1.4ZigBee技術(shù)
Zigbee是一種低速、低功耗、低成本的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)�；贗EEE802.15.4協(xié)議，ZigBee的傳輸速率僅為250kB/s，但具有強大的組網(wǎng)能力，能夠提供如圖1所示的三種組網(wǎng)方式：主從結構的星形網(wǎng)、由單個(gè)或多個(gè)星形網(wǎng)擴展而來(lái)的簇狀網(wǎng)以及除了協(xié)調器之外的每一個(gè)設備既可作為終端收發(fā)數據，又可作為路由器實(shí)現路由功能的網(wǎng)狀網(wǎng)。其中，簇狀網(wǎng)與網(wǎng)狀網(wǎng)屬于多跳式路由通信，具有自組織和自愈功能，網(wǎng)絡(luò )可靠性高，并且可以支持多達65000個(gè)節點(diǎn)和跨越較大的物理空間。因此，在焊接生產(chǎn)監控中，ZigBee能夠方便有效地將焊接車(chē)間中的焊機與主監控中心組成結構化網(wǎng)絡(luò )并相互通信。同時(shí)，為了減少環(huán)境干擾對網(wǎng)絡(luò )傳輸的影響，ZigBee協(xié)議在物理層采用了直序擴頻和頻率快變技術(shù)，在MAC層建立了CSMA-CA，即載波監聽(tīng)多信道接入/避免沖突機制，并采用完整的握手協(xié)議來(lái)實(shí)現對物理信道的有效訪(fǎng)問(wèn)和數據的可靠傳輸。Zigbee技術(shù)已經(jīng)在焊接監控領(lǐng)域得到了應用。如文獻[15]通過(guò)Zigbee組建了焊機的群控系統，實(shí)現了生產(chǎn)車(chē)間焊機群與管理服務(wù)器的連接，方便管理人員對焊機進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、工藝管理、數據統計以及故障分析，同時(shí)，又省去了復雜的布線(xiàn)，節約了大量成本。
1.5Wifi技術(shù)
Wifi全稱(chēng)為WirelessFidelity，是一種基于IEEE802.11系列標準的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)，傳輸速度為1～54Mb/s，但其站點(diǎn)與站點(diǎn)之間的有效傳輸距離只有70～100m。Wifi網(wǎng)絡(luò )的基本組件則為基本服務(wù)集（BSS），它可以看作是一個(gè)覆蓋區域，區域內的各個(gè)站可以互相通信，站在區域內能夠自由移動(dòng)。由BSS可以構成兩種不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )結構：獨立基本服務(wù)集（IBSS）和擴展服務(wù)集（ESS）。IBSS是一個(gè)獨立的BSS，覆蓋范圍有限；ESS由兩個(gè)或多個(gè)BSS通過(guò)有線(xiàn)主干局域網(wǎng)互連而成，由AP提供無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與有線(xiàn)局域網(wǎng)的接口，這一網(wǎng)絡(luò )結構不僅能滿(mǎn)足大范圍覆蓋的需求，也方便通過(guò)Internet或企業(yè)局域網(wǎng)對設備進(jìn)行遠程監控。但是由于受到AP性能和工作頻段信道數的限制，Wifi網(wǎng)絡(luò )能夠支持的可靠通信的站點(diǎn)數有限，在實(shí)際的焊接生產(chǎn)監控中，一般不超過(guò)60個(gè)。在可靠性方面，Wifi的理層除了提供直序擴頻技術(shù)，還提供跳頻擴頻和紅外技術(shù)，同時(shí)，MAC層同樣采用了CSMA-CA機制，抗干擾能力也很高。文獻[18]提出了利用Wifi將生產(chǎn)車(chē)間焊機接入企業(yè)內部局域網(wǎng)的方案，通過(guò)多客戶(hù)端/服務(wù)器模式，實(shí)現多級管理人員同時(shí)監控焊機的工作情況，使焊接生產(chǎn)管理更加靈活與方便。
1.63G技術(shù)
3G（3rd-generation）即第三代通信網(wǎng)絡(luò )，包括CDMA2000，W-CDMA和TDS-CDMA三個(gè)技術(shù)標準。與2.5G的GPRS網(wǎng)絡(luò )相比，3G網(wǎng)絡(luò )的帶寬更高，可以達到384kbps～2Mbps，3G網(wǎng)絡(luò )在保證高傳輸速率的同時(shí)，還具有穩定性強、實(shí)時(shí)性好、安全性高、網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域廣闊、能夠全球漫游等特點(diǎn)。通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò )，企業(yè)管理層可了解遍布世界各地的設備運行狀態(tài)，并能以手機作為終端，將數據通過(guò)流量的方式傳送至手機，管理者無(wú)論身在何處，都能實(shí)時(shí)監控數據并管理工業(yè)現場(chǎng)。3G網(wǎng)絡(luò )是現代工業(yè)化管理的一個(gè)重要的發(fā)展方向，但其使用受運營(yíng)商信號覆蓋范圍限制，每臺設備都要安裝信息收發(fā)系統，并需要向網(wǎng)絡(luò )供應商交納使用費，提高了整個(gè)系統的組建費用和運行費用。
2常用通信技術(shù)的比較與分析
上述提到的在焊接監控領(lǐng)域中常用的數據通訊技術(shù)可以歸為兩類(lèi)，即RS485串行總線(xiàn)、CAN總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)組成的有線(xiàn)通訊技術(shù)和由ZigBee、Wifi以及3G技術(shù)組成的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)。無(wú)線(xiàn)技術(shù)由于無(wú)需布線(xiàn)，所以方便建立和維護，且成本較低，在焊接生產(chǎn)監控中受到越來(lái)越多的重視，但是其可靠性與傳輸速度往往不如有線(xiàn)通訊技術(shù)。其中，ZigBee雖然傳輸速度最低，但是由于其組網(wǎng)方便、網(wǎng)絡(luò )容量大以及傳輸覆蓋范圍廣的特點(diǎn)，適合于設備數量多、分布廣，但是傳輸數據量并不大的焊接生產(chǎn)監控的場(chǎng)合。Wifi傳輸速度比ZigBee快，但是其可靠通信距離太近且網(wǎng)絡(luò )內可容納的站點(diǎn)數太少，適合于設備數目較少，但是傳輸數據量較大的焊接生產(chǎn)監控，例如需要對焊機進(jìn)行視頻監控的場(chǎng)合。另外，3G技術(shù)目前應用也越來(lái)重點(diǎn)關(guān)注嚴棟等：焊接生產(chǎn)監控中的通信技術(shù)越廣泛，但是依舊受到其成本和使用范圍的限制。有線(xiàn)通訊技術(shù)中，CAN總線(xiàn)的可靠性和實(shí)時(shí)性最出色，但是通信速率無(wú)法和以太網(wǎng)相比，適合于對網(wǎng)絡(luò )傳輸的吞吐量要求不高、但是對通訊響應要求嚴格的焊接生產(chǎn)監控。而工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢正如上文所述，可以實(shí)現大數據量高速傳輸與共享，更適合于遠程監控與對焊接生產(chǎn)數據的管理。RS485串行總線(xiàn)因為其單主從和主機輪詢(xún)的工作模式帶來(lái)的實(shí)時(shí)性與可靠性的問(wèn)題，正成為其進(jìn)一步發(fā)展的阻礙。
3焊接生產(chǎn)監控通訊網(wǎng)絡(luò )設計對策
目前在焊接生產(chǎn)監控領(lǐng)域中常用的通信技術(shù)均有各自不同的優(yōu)點(diǎn)與局限，它們各自適用的環(huán)境和場(chǎng)合均不同，因此，焊接車(chē)間焊接過(guò)程監控網(wǎng)絡(luò )的建設和發(fā)展將遵循以下一些原則和方向：
�。�1）目前，由于企業(yè)的競爭壓力越來(lái)越大，企業(yè)產(chǎn)品更新速度快，且小批量多品種，因此，企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)的建設越來(lái)越朝著(zhù)柔性生產(chǎn)線(xiàn)建設的方向發(fā)展，各生產(chǎn)工位位置隨時(shí)可能發(fā)生變化，企業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)鋪設有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的方式越來(lái)越受到限制，保證所建立的監控網(wǎng)絡(luò )一直能適應生產(chǎn)現場(chǎng)的發(fā)展，是所有企業(yè)建網(wǎng)時(shí)要考慮的問(wèn)題�；诖嗽�，企業(yè)在建立網(wǎng)絡(luò )時(shí)特別是現場(chǎng)監控網(wǎng)絡(luò )時(shí)應該首選無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，以滿(mǎn)足企業(yè)的發(fā)展需要，避免建設的重復投入。
�。�2）焊接生產(chǎn)環(huán)境通常都相當復雜，單獨采用一種通信技術(shù)往往無(wú)法滿(mǎn)足要求，這時(shí)可以采用兩種或多種通信技術(shù)結合的方法，利用它們各自的優(yōu)勢來(lái)達到預期的效果。例如采用ZigBee和工業(yè)以太網(wǎng)結合的方法，既利用ZigBee無(wú)需布線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò )容量大的優(yōu)勢，又能通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)解決大數據量傳輸與遠程監控的問(wèn)題。這種對策在實(shí)際焊接車(chē)間組建監控與管理系統時(shí)有著(zhù)廣闊的應用空間。
�。�3）根據企業(yè)對現場(chǎng)監控的不同要求，采用不同的方案：對現場(chǎng)設備過(guò)程參數數據量要求小的可采用適合于低頻的ZigBee網(wǎng)絡(luò )，對要求高、數據量大的可采用Wifi以及3G技術(shù)組成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。
�。�4）對非常重要的工位，需要該工位的詳細過(guò)程數據，全部通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)傳輸的方式可能無(wú)法解決，將來(lái)的發(fā)展趨勢可以采用網(wǎng)絡(luò )和硬件存儲相結合的方式加以解決。
4結論
對于焊接生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監控正受到焊接工作者越來(lái)越多的重視，而網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)在焊接生產(chǎn)監控中將發(fā)揮重要作用，由于目前常用的通信技術(shù)都有著(zhù)各自不同的優(yōu)勢與局限，因此，它們適合的應用場(chǎng)合也不一樣，將兩種或兩種以上的通信技術(shù)相結合或網(wǎng)絡(luò )與硬件存儲相結合，能更好的滿(mǎn)足焊接生產(chǎn)監控的要求。
【焊接生產(chǎn)監控常用的通信技術(shù)論文】相關(guān)文章：
通信技術(shù)論文10-06
通信技術(shù)論文15篇06-04
通信技術(shù)論文(15篇)06-04
管理與創(chuàng )新通信技術(shù)論文07-24
通信網(wǎng)絡(luò )監控大數據分析論文10-03
礦井膠輪車(chē)運輸監控無(wú)線(xiàn)通信論文10-19
交通信息采集技術(shù)論文09-20