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摘要：無線通信技術在起重機上的應用聯通了起重機與地面工作站之間的數據傳輸，它不但能將起重機上所有監測設備的運行狀態及時準確地發送到地面工作站，而且能把地面工作站的指令傳輸給起重機。介紹了起重機上無線通信的實現方案，包括硬件配置和軟件調試。無線網絡給起重設備維護帶來了很多便利，現場維護管理人員不上車就能夠掌握設備的運行狀態、故障報警等信息；無線通信技術也為無人天車、集群化起重機管理提供了有力支撐。

關鍵詞：無線通信技術；起重機；數據傳輸

引言

起重機作為吊運大重量物品的專用設備之一，在企業生產中的作用無可替代。大多數生產現場都存在著環境較差（高溫、粉塵）、工人勞動強度高、效率低、安全可靠性差、維護管理難度大等問題，而傳統的人工檢修、維護管理模式已很難適應現代企業高效運轉的需要。隨著工業互聯網技術的飛速發展，以及PLC和無線通信網絡的應用，推動起重機實現了無人操作、自動運行、主動維護，使起重機的信息管理系統上了一個新的臺階。所有這些功能的實現，都離不開無線通信網絡，而無線通信技術是最基本的技術支持。可見，無線通信網絡是起重機上運行狀態數據傳輸不可缺少的路徑之一。

1起重機上無線通信應用的必要性

1．1起重機設備維護需求

起重機是鋼鐵行業生產流程中不可或缺的關鍵設備之一，由于其工作環境惡劣，作業工況多變，容易出現問題。起重機能否正常運行直接影響著企業的生產效益，因此用戶對起重機械的安全性、可靠性、易維護等要求越來越高，為保證起重機安全、穩定地正常運行，管理維護工作就顯得尤為重要。如果對設備運行過程中出現的各種故障或異常情況能夠進行及時準確的判斷或預測，則可以有效地避免一些故障的發生，或者能夠提前指定相應的維修方案，減少設備的維修時間，提高生產效率。由于起重機一般是高空中作業，維修人員每天爬上起重機檢查也不太現實，因此需要通過無線通信網絡，將起重機上的運行數據傳輸到地面，為維護人員提供大量有效的設備運行數據。這樣地面服務器站或者中控室就能夠及時了解起重機上各機構的工作情況，實時監測關鍵設備的運行狀態，使得設備的維護管理工作簡單容易得多。隨著國標GB／T28264—2017《起重機械安全監控管理系統》的和執行，起重機管理系統越來越得到全面普及和成熟應用。利用工控機、視頻顯示系統能夠實時獲取起重機的運行狀態數據和故障報警信息。將起重機上的這些數據全部采集到PLC系統，只需要建立無線通信網絡，就可以在地面站輕松掌握起重機上的運行數據。

1．2智能化的無人天車

隨著人工智能、PLC及變頻器控制等基礎自動化技術以及信息技術的發展，使得起重機無人化成為可能。全自動無人起重機是在傳統起重設備機械結構基礎上，利用先進電控技術、傳感器技術、通信技術等，使起重機無需人工干預，自動完成指定的工作。在這個過程中，起重機需要接收地面發送的任務指令，這就必須通過無線通信技術將數據從地面發送給起重機的PLC控制系統，要求信息傳輸速度快而且安全可靠，所以智能化的無人天車系統離不開無線通信網絡的技術支持。

1．3集群化的起重機管理

針對同一跨內有多臺起重機工作的場合，如物料倉庫的智能化天車，無論是人工操作還是自動運行模式，都需要對任務分配的合理性進行充分的考慮，這就需要一個廠房調度指揮系統，發指令給多臺起重機，使其協同作業，相互配合，提高生產效率。而廠房調度指揮系統與多臺起重機的聯絡正是通過無線通信網絡實現的，將任務指令發送給相應的起重機，方便協調生產調度、遠程指揮作業。

2無線通信技術方案

實現無線通信網絡的先決條件是在使用的起重機上都必須配置有PLC，且保證PLC有以太網RJ45接口，才能夠實現無線以太網通信。以西門子產品為例，如果PLC使用最新的S7－1500系列，則CPU本身自帶Profinet接口（以太網接口RJ45），可以直接連接網絡通信模塊；如果使用不帶以太網接口的CPU，比如以前的S7－300系列，則可以增加以太網模塊CP343－1，這樣PLC也可以通過以太網模塊上的RJ45接口連接以太網通信模塊。其他品牌的PLC系統類似，也必須帶有通信接口才能滿足以太網通信的要求。起重機上的信息包括數據信息和視頻信息。其中，數據信息即運行狀態信息，由PLC采集接收，包括各機構的限位狀態、裝置運行狀態、起重量等；而視頻信息，由攝像頭采集傳回硬盤錄像機，包括吊鉤的工作狀態視頻、軌道上是否有障礙物等錄像。所有這些數據和錄像，都要通過無線通信傳輸的方式發送給地面服務器。起重機是一個在廠房區域沿軌道運行的設備，通常起重機上的電氣控制屏柜布置在電氣梁內，包含PLC、變頻器等，而無線移動（發射）客戶端天線，需要安裝在電氣梁的外側，才能夠保證無線發送接收數據安全可靠。

2．1方案一

方案一使用光纜連接，現場通信網絡布置示意圖如圖1所示。按照目前市場上大多數的用戶要求，需要將起重機上的運行數據和視頻信息以無線的方式傳輸到地面，只需監測而不需要參與控制，即不需要發送指令信息到起重機上，通常采用如圖1所示的方案。起重機是一個可移動的設備，需要在跨端設置基站AP，無線通信有全向天線和定向濾波天線兩種，定向型天線可以增加傳輸距離、過濾諧波，所以本文選用定向型天線。在起重機上設置客戶端AP，如果距離再加大可設置多個AP，那就需要采用網線或光纖將AP連接在一起，然后再連接到地面服務器。無線基站到地面服務器采用光纖連接，該方案由于現場環境存在障礙物，安裝布置光纜施工難度大，工期長，小于100m時可以采用網線。但正是由于使用了光纜，使得無線通信調試簡單方便，通信穩定，抗干擾性強。

2．1．1硬件配置以西門子產品為例，SCALANCEW工業移動通信解決方案屬于無線以太網解決方案的一種，起重機無線通信是SCALANCEW系列產品中一個比較典型的應用。工業無線通信的組成分為無線接入設備、RSMA／N饋線系統和客戶端設備三個部分。起重機無線通信解決方案如圖2所示。在每一臺起重機上都需要安裝客戶端設備SCALANCEW734，無線接入設備采用西門子的SCALANCEW786，通過光纜連接地面服務器。起重機在移動過程中會出現無線覆蓋區域切換情況，為解決切換過程中信號的延時問題，采用了由SIEMENS公司開發的“工業點協調功能”iPCF，它的使用實現了網絡快速漫游。快速漫游是指客戶端從一個無線區域快速切換到另一個無線區域的過程，在此過程中，客戶端的退出和重新登錄過程稱為“移交”，“移交”發生得非常快，可以滿足通信的實時性要求。AP1（W786）、AP2（W786）無線接入設備和客戶端設備（W734）之間，使用了“iPCF”功能，它的iPCF移交時間降低到50ms以內，因此可以確保起重機在長距離運行過程中的網絡不間斷通信。

2．1．2軟件調試采用西門子PrimarySetupTool工具軟件進行調試，PST是設置交換機（包括無線產品）或者管理CP卡地址及設備的工具，可用于為SIMATICNET網絡組件、以太網CP及網關分配地址。進入PST軟件，可以設置IP、FTP／TFTP、BOOTP、DHCP、SMTP、SYSLOG等。起重機通過各自客戶端SCALANCEW734的無線網卡與AP通過基礎架構方式相連接。使用PST軟件可完成SCALANCEW786IP地址設置等功能，參數設置（西門子產品）如圖3所示。

2．2方案二

AP基站帶天線布置在工作跨端頭（軌道平面），稱為跨端基站AP，用來接收跨內的起重機信息。在軌道平面上增加一個跨端轉網客戶端，通過光纜與跨端基站AP相連，它帶有天線和光纖信號轉換器；通過無線的方式將信號傳輸到地面AP基站，地面接收基站AP再通過網線或光纜連接到地面服務器。一般地面基站都會設置在中控室附近，如圖4所示。這種方案施工簡單，在廠房安裝的光纜或網線工程量相對較少，但調試時需要配置AP基站的參數。在廠房環境相對復雜時推薦使用該方案。起重機無線通信客戶端、跨端基站AP、跨端轉網無線客戶端、地面基站AP均可以選用TP－LINK廠家的TL－CPE520，這種無線網絡的配置性價比高，能夠快速傳輸視頻數據，現場應用比較廣泛。

3無線通信4G／5G方案

上述無線通信方案，實現了起重機與地面的無線通信。在此基礎上，利用拓展網絡，可使起重機具有遠程通信的功能。

3．1手機SIM卡

在起重機的跨端AP上安裝網通插卡路由器（如華為B311／B315）和手機SIM（4G／5G）卡，起重機便具有遠程通信的功能，起重機上的信息數據就可以通過互聯網來訪問，而不僅僅局限于廠房區域。通過手機SIM卡接入互聯網以后，不論你身在何處，只要能夠訪問到互聯網，就可以通過密碼口令認證，訪問到起重機上的信息。

3．2利用現有網絡

如果工廠內部有可用的互聯網，則廠房的地面服務器可以先連接到工廠網絡，再連接到互聯網，這樣既安全可靠，又方便快捷，性價比高。擴展應用如圖5所示。采用以上兩種方式，都可以通過互聯網對起重機進行遠程訪問。管理人員在辦公室就可以直接瀏覽到起重機上數據；調試工程師可以在外地遠程訪問到起重機上的程序，包括PLC程序代碼、安全監控管理程序等，協助現場人員及時處理故障，也可以修改編輯程序、完善功能、重新下載。因此不僅節省了時間成本，而且處理問題迅速及時，間接提高了生產效益。

4結語

無線通信技術的成功應用是起重機實現遠程智能維護的基本條件，能夠使得起重機的遠程維護更加方便、快捷。而大量信息的采集、存儲、分析研究、歸納總結，其主要目的是了解和掌握設備在運行過程中的狀態，判斷各個機構的零部件是否正常，及早發現故障及其原因，并能預測故障發生的可能性，實施主動維護的健康管理技術手段，從而有效地避免故障的發生，提升起重機運行的安全可靠性。無線通信技術在起重機上的應用起步較晚，還有很大的開發空間。隨著市場用戶需求的不斷增多，還需要進一步優化方案，在應用中不斷提升技術水平，它也是起重機朝智能化方向發展的基礎技術支撐。

參考文獻：

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作者：劉秀苗 單位：太原重工股份有限公司技術中心