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工业以太网：PROFINET漏波电缆RCoax与无线PROFISAFE应用案例

2017-01-22 21:49阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2793933290

【0. 漏波电缆的产生】

漏波电缆其实是一种天线技术，适用于高要求的无线技术领域。例如，针对工业现场复杂的空间环境，如钢架、涵洞、隧道等，这些地方都是非常不利于射频信号有效覆盖的区域，所以设计出这种通过特殊馈线电缆传播射频信号的技术。西门子开发的一种漏波电缆产品，名叫 IWLAN RCoax 电缆，是一种苛刻要求的无线应用射频电缆，可作为连接 SCALANCE W 交换机接入点的特殊天线来使用。漏波电缆及其附件构成一个整体，在规格上有 2.4 GHz 和 5.8 GHz 两个频段，与所有 SCALANCE W 接入点和客户端，以及 IWLAN PB/Link PN IO 完美整合，可 2 区防爆。（详见 http://www.industry.siemens.com.cn/automation/cn/zh/industrial-communications/iwlan-industrial-wireless-communication/industrial-wireless-lan-new/iwlan-rcoax/Pages/rcoax.aspx
）

【1. 漏波电缆的工作原理】

漏波电缆的工作原理是，围绕着电缆的指定区域，辐射一个规则的信号区。这种功能可以保证在无线客户端和无线接入点之间建立一个稳定可靠的通讯链路，并且能够提供确定的数据循环访问。如下图所示：

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【2. 漏波电缆的适用场合】

漏波电缆的灵活简易的安装以及整个系统模块化的设计可以满足许多应用场合的需要。这种漏波电缆能够完美用于单轨悬挂轨道系统，移动平台，货架仓库，行车，以及其他一些移动客户端沿着固定路径运动的系统。安装施工时，要注意沿着穿过移动用户的线路铺设漏波电缆，例如铺设在电动悬挂传送带的导轨内。由于其特殊的辐射特性，漏波电缆可作为电缆用作可铺设的天线，同时要确保兼容非定向辐射天线或定向天线的无线区域可靠性。下图示意了漏波电缆及其附件与 SCALANCE W 接入点、客户端、IWLAN PB/Link PN IO 产品的组合应用。
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【3. 漏波电缆与无线Profisafe在PROFINET控制系统中的实际应用】
（参考自微信号：Siemens工业通讯与识别）

【3.1. 项目背景信息】

地点：欧洲公园。项目：达芬奇“Volo da Vinci”亲子骑行观光小车。涉及技术：工业无线局域网 IWLAN、故障安全型 PROFINET/PROFISAFE 通讯、PROFINET I-device、漏波电缆。工况：游客登上缆车飞行器，在意大利和德国景区上空 7 米处开始 300 米的轨道观光飞行。没有电机，游客需利用双腿助推飞行器，脚踏速度越快，行驶速度越高，基本速度大概保持在 1.2m/s 至 1.8m/s 的范围内。难点：如何实现整个飞行路径的完全自动化？如何避免高空中可能发生的碰撞等观光安全事故？

【3.2. 硬件规划与安装】

主控制器：安装在车站机房中央控制柜中，安全 PLC，SIMATIC S7 300F。通讯架构：安装在缆车上的控制箱内，集成了 SIMATIC ET 200S 控制器、IWLAN 客户端 SCALANCE W740、电机驱动器（故障安全变频器），这些飞行路径上不同的 IWLAN 接入点，通过网管型交换机、工业以太网快速连接（Fast Connect）组件和混合动力电缆，连接到主控制器上。施工细节：天线部分由长短不一的 RCoax 电缆组成并铺设在整个路径。这些辐射电缆在设定的范围内发射无线电信号以便将干扰降至最弱。如下图所示，控制箱安装在缆车上，包括故障安全SIMATIC可编程逻辑控制器，故障安全变频器（右）和IWLAN客户端SCALANCE W740（顶部），用于无线故障安全PROFINET通信。

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缆车的分布式控制箱内，有一个自带全向天线的IWLAN客户端，与RCoax电缆相距很短。其中一根天线始终处于工作状态，客户端自动且不间断地选取信号更强的天线。如此一来，无论是在轨道衔接部分，还是在通过叉轨途中，都能确保持续通信。如下图所示，IWLAN天线能在轨道衔接部分提供连续的无线通信。快速漫游功能使接入点之间的切换时间小于32毫秒。轨道路径上的条码读头可以检测到缆车的位置，并通过PROFINET和IWLAN传输到中央安全控制器。该安全控制器检查变量准确性，监控指定最小间隙，并在必要时通过PROFINET和Profisafe设置启动规定的安全机制。最大行驶速度和行驶方向也被集中控制。西门子Sitop电源装置通过接触式供电，确保向移动设备供电的持续可靠性。

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【3.3. 控制系统的设计与运转原理】

IWLAN接入点和客户端的iPCF功能是提供实时通信的关键，iFeature使用工业点协调功能，能够在16毫秒内实现移动客户端在两个接入点之间的无缝传输，这一时间对于1.8m/s的行驶速度来说毫无压力。如果缆车不能保持规定的最小间隙，则制动；若不能保持安全的区域距离，则停止吊舱，以避免人员或物资的损伤。由此可见，整个系统符合德国TÜV所规定的的IEC 61508安全完整性标准。此系统设计符合如下所示的基于西门子SCALANCE系列产品开发的无线、故障安全通信自动化系统图。

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上述IWLAN系统实现了主控制器和缆车控制器之间的可靠连接。接口模块由分布式I/O和安装在小控制箱中的故障安全CPU构成。PROFINET I-device功能可在所有控制器之间轻松集成并快速通信，这意味着每个分布式控制器既可以是PROFINET I/O控制器，又可以是PROFINET I/O设备。必要时，缆车可以通过故障安全控制单元的分布式变频器安全停止，这些变频器连接在缆车底座的发动机上，此外还会有一台发动机确保螺旋转子的正常旋转。故障安全变频器还包含Safe Torque Off，STO和Safe Stop 1，SS1等安全功能。这意味着如果IWLAN通信失败，还可以在本地迅速实现所需的安全机制。在安全区域距离未被检测到时，安全功能SS1会停止缆车的驱动器，这些设备均无需电机或其他编码器，因此也十分经济。安全方面如遇隐患，通常由中央处理器负责启动停止程序。如果一台缆车发生故障，则其余缆车均由中央处理器自动停止。如果IWLAN通信失败，分布式CPU将停止工作；若电源发生故障，则启动电机制动。此项目还在控制室启用了SIMATIC触摸屏，通过工业以太网连接，用于操作员控制和监控，以确保缆车的运行状态和位置可见。如此当故障发生时，网管型交换机会通过SIMATIC Step7进行快速访问并进行故障排除，还能自动检查交换机的状态或发出警报。控制器网络中的PROFINET设备具有自己的IP地址，能够实现远程访问以及网络管理，快速修复任何潜在的问题。

【END】

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