工业以太网在自动化物流仓库控制系统中的应用.doc

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1、工业以太网在自动化物流仓库控制系统中的应用2010 年第21期NO1.21.2010 何解恪括:要总第156期( CumulativetyNO.156 ) 工业以大网在自动化物流仓库控制系统中的应用杨建(山东中烟工业有限责任公司济南非烟厂，山东济南2513)摘要:以太网作为目前应用最为广泛的局域网技术，在工自间的解决方寨，当控制愿和设备展都采用以太同时，则可实现动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。依靠以太网各层之间信息的无缝连接，而且黯个网络系统将是透明的。和Intemet技术实现信息共事，能给办公自动化带来很大的变1.3 以太网的开般性和第容性革，也必将对控制系统产生深远的影响。现场息钱

2、从1984年开始提出到现在，共产生了60多个提键词:工业以太网;自动化物流仓库;网络冗余;控制系统;数字通信网络标准，有5000多种支持这些网络的产品。这透明工厂些标准分别为不同的公司所拥有，并与他们的产品捆绑在中图分类号:TP393文献栋i只确地起，相互之间兼容性很茬。这给那些使用多家产品的大型系文章编号:19-2374 ( 20lO ) 276-03 统的集成和维护带来了很大的麻烦，因此迫切需要建立一个统一、开放的通倍标准。工业以太网因为采用由IEEE802.3所定义的数据传输协议，它是一个开放的标准，从而为PLC1 工业以太网控制系统网绵发展的主要方向和DCS广家广泛接受。与现场总线相比

3、，以太网还具有向般来讲，控制系统网络可分为3腔:倍思腾、按制鹿和下兼容性。快速以太网是在双维维连接的传统以太间标准设备应(传感/执行股)。传统的控制系统在信息隆大都采用(10Base-TI的基础上发雕起来的，但它的传输速度从10Mb/以太闷，而在控制展和设备靡一般采用不同的现场总钱就真s提升到了100Mb/s在大多数场合，它还可以使用现有的o他专用网络。目前，以太网已经渗透到了控制展和设备唇，几布缆。此外，以太网还允许烧步采用新技术。也就是说，没必乎所有的PLC和程1/0供应商都能提供支持丁CP/IP的以要一下子改变整个网络，可以一步步将整个网络升级。太间接口的产品。以太网之所以给自动化市场带

4、来凤串串式的2 工业以太阔的特点革命，主要有三个原回:1.1 低成本的刺温和班膛的提高尽管工业以太间与普通商用以太间同样符合IEEE802.3以太阴道配器的价格大幅度下跌以及各种产品和栋准标准，但是由于工业以太附设备的工作环辅与办公环境存在对以太同的支持是其成功的震要因寰。20世纪80年代，较大茬别，所以工业以太网谁备要求工作温度范围较宽、封装1o M 9b/5的阿卡售价近1000美元;现在100Mb/5的网卡售牢固抗振和防冲击)、峙轨安籍、电湘冗余、24VDC供电等。价仅为20美元左右，而且很多PC机巳级集成有以太间接一般来说，工业以太问设备与普通商用以太附设备之间的区口。以太网最初的数据传

5、输速度只有10Mb/5随意音19960别。年快速以太网标准的发布，以太网的速度提高到了100Mbl工业自动化坯越来越多地要求工业以太阿解决方囊必50 1998年，千兆位以太间标准的发布将其速度提高到最筑满足鲁棒性和可靠性方面的专门糟蟹。在这一方面，德国初速度的100倍。最韧的以太网需要1.2m5才能传送一个赫斯曼公司(Hirschmannl一直处于领先位巅，他们从80年1518日大小的帧;现在，快速以太间已经将这一时间减少到代末就开始研究咒余以太网，拥有;环形以太网冗余;的专利1205;如果采用Tj位以太网，这时间只需1250现代(Europe叩EP0403763, USA-No.5.218.

6、600l。诙专利;在用抗以太间标准，比如交换、全双工传输、实时数据的优先级、带宽干扰的光纤和集成的咒余机制增强了数据间娼的可靠性，从由10Mb/5到100Mb/5乃至1000Mb/s的升级，使以太间成而保证了生产过程的正常进行。为工业自动化网络中首滥的传输方式。过去，由于没有其他可供选择的方霜，冗余网络部息采用1.2现代企业对费时生产信息有越来越多的要求总线方式实现的。现在，以太间和交换技术使得建立咒余当前，人类已经进入了以直联间为基础的知识经济时代，环网成为可能。只需在总统的两端之间增加一条链路即可实企业滑动也已扩展到全球范围，生产系统中最主要的旦大要现高效率、离性价比的冗余。赫斯-*公司的

7、集结器和交棋机素:物质、能源和信息之间的关系发生了巨大变化，倍息已成均可以构成环形拓扑结构用在关键的场合，以保证所需的容为最活跃的主导性因素。为了提高生产的效率和效益，人们错功能。迫切需要了解生产过程的实时数据，将实时生产信息与企业赫斯曼公司的集线器(Hubl系统可以用于构造间格状铺的ERP系统结合起来。而企业的信息恩大多数果用了以太树的共享网络，保证即使同时发生多处故障时，网络仍然.iE常阳76-?采呉乏?厡?厣?双?没?畭?畲?年?畲?像?厳?悭?溃?瑥?慴?玵?斡?浥?楶?偌?玵?璼?整?十?祎?呐?楲?侣?乯?玡?獣?珄?桭?侹?毕?虑?温?偃?抣?玡?玵?厡?玲?抣?偌?运行。该Hu

8、b的个特点是当发生故障时可以在20ms内3.1.2集成各输送设备段输散设备段包括输送机子系切换到冗余链路。统、推垛机子系统、激光导引|小车(LGV)子系统、分拣机黯人赫斯曼公司的导轨系列交换机的冗余管理器劝能允许将子系统等，WCS通过各种通讯方式与这些子系统连接，进行总线结构封闭形成冗余环。如果一条链路发生故障，环形结信息的交宜，由此实现对各个子系统模块的集成，进而做到分构将切换为具有全部传输能力的总结结构，对于多达50台解WMS下达的任务，协调各个子系皖完成出入库任务。交换机构成的环，这切换时间小子500ms。对于规模小的3.1.3任务优化WCS通过特定的算法对WMS下达冗余环，这时间会更短

9、。的多个任务进行优化，该算法实现了均衡任务、最短路径、出嵌入到导轨系列交换机中的智能控制功能允许实现多网入库任务组合优化、优先级调度、堵寨就近等原则。段间的冗余连接。两个阿段之间可以通过两条独立的链路相3.1.4 物流路径管理WCS对各物流路径进行了管理，逛，每条链路连接不同的交换机。连接主链路的交换机与连接实现了路径货物流的不相互干预，殷切商等功能，并且为了提咒余链路的交接机之间通过根控制钱交换它们的工作状态高系统的安全性与容错性，WCS有特定的安全容错算法，如数据。3:链路发生故障时，冗余交换机立即启动冗余链路。路径任务转移、路径任务临界监测等，挡某些特定设备出现灾旦烹链路恢复正常，连接主

10、链路的交换机即将这一状态通知难性故障下，系统可将任务转移到其它正常的设备，进而提高连接冗余链路的交换机。主链路工作，冗余链路断开。整个故系统的安全性及稳定性。障的检测和处理时间小子500ms。这样，在某条链路或者某3.2 通讯管理个设备发生故障持续500ms以后，网播又变得完金可用。通过TCP/IP协议与WMS管理系统通讯;通过Profinet与输送系统进行通讯;通过TCP/IP协议与AGV(激光导引小3 工业以太闷技术提供了快握有效的监控方式事)系统诫行数据交换;通过多种通讯方就与堆垛机系统克随着以太网技术的飞速发展，基于丁CP/IP和Client/成数据的采集、传递及控制命令的传送等。Se

11、rver架构的分布式监控技术已经日趋成熟。目前，许多3.3 监控功能HMI软件除了支持标准Client以外，还支持WebClient和WCS时地检测设备状况，对任务进行追踪，并将这些Terminal Server Client。可以实现同步运行监控软件和PLC信息反映到WCS的仿真图形界面上，界丽直观地里未了设编辑软件，从而实现远程控制并且能够修改程序参数、上下载备的状态、物流位震、运行参数、故障报警，任务执行情况等，PLC控制程序。下面目介绍一下工业以太网技术在济南卷烟广并且用户可以为便地在界丽上进行相应的操作。辅料自动仓库控制系统中的应用实例。4 工控技术的;IT;化将震建企业网络模型仓库

12、控制系统(WCS)是仓库实现情息化的基础，它实现了对各种设备系统接口的集成，对各设备系统进行统一调度、工业以太闷和Internet技术的发展将完全改变传统工业管理，协调各个输送设备段究成仓库的出入库任务需求，并通企业的网络架构。工业以太间已经从信息腰向下延伸到控制过实时收集设备层反馈，做到对设备的实时监控及对任务执行脏和设备腾。需要注意的是，由于企业的3居网络传输的数状况的实时跟踪?WCS在调度时泰行均衡负载、最短路径、优据类型和对实时性的要求不同，所以虽然从上到下都是工业先组任务、堵塞就班等原则，并对出入席任务组合实行优化，实以太网，但在不问层次之间班需设置段路由器戒附桥。使用路现最佳的出入

13、库双循环作业，另外还有专门的流程加强系统安由器可以阻断以太网上的广播恼息，假如果所选择的路由器全性，降低系统对部分设备的安全依赖，这些安全流程有输送速度太慢，则会形成传输的瓶颈。线缎;中l陆界检测、设备故障任务转移流程等;为了方使用户的以太网本质上只是一个物理应标准。目前在传输层和网操作，WCS提供了一个仿真的界面，界面上能形象地反映各络层的协议基本上巳娃统一，TC问IP巳为多数工业控制器厂设备的实时状态及执行任务情况，用户可以根据自身权限进行家所接受。在应用层的协议上还存在着分歧，目前3个主要直观地操作，另外WCS现提供了用户操作权限分绵管理、操的竞争对手是ModbusfTCP(慕于TCP/

14、IP的Modbus协议K作日志、任务执行记录及谁备故障记录及报警等功能。EtherNet/IP(慕子TCP/IP的Control-Net/DeviceNet)和慕予自动化立体仓库调度及监控系统由监控计算机(COMU以太同的Profinet协议。Modbu5由于它本身是一个开放的PC)、与网络服费器的网路接口及与堆蝶机控制设备PLC等协议，为众多的供应商所支持，所以如果说在现场以太网方面通讯接口组成，实现对立体仓库中自动化设备的自动运行调存在事实上的标准，只能是Modbu5。但从市场和利益角度考度及监视控制，使雄垛机控制系统、输送机系统等能够根据系虑，工业以太网在应用层的统一还需要比较长的时间。

15、由于以统的入/出席作业要求高效、准确地工作，实现货物的自动存太阿本身的开放性，它允许在同一个网络上海行不同的应用黑储及发i慧。调度系统根据网络服务据传谦的作业命令，合理协议，在许多实际应用中具有明显的、无可替代的优势。调度堆垛机的作业l顺序，使雄垛机快速、高效运行。在其他系果用以太间架构以后，控制器的位置也可以突破传统网统发生故障(例如网络故障)时，就在调试及维护设备时可接络架构的限制，可以位于现场，也可以位于中央控制室。目前收人工输入的作业命令，对控制应设备进行控制。控制器甚至远程1/0支持以太阔的劝能越来越强，在有些控3.1 作业遗行调度制器和远程1/0模块中已经集成了Web服务器，从而允

16、许信3.1.1 接收WMS(仓碎管忽机)搬运任务WCS(仓库息腥的用户也可以和控制攘的用户样直接获取控制器和远调度机)提供接口，可以接收从WMS下边的搬运任务，记录程1/0模块中的当前状态值。采用以来间架构和开放的软件任务相关信息，并实时反馈任务执行状况给WMS系统的制造企业也被称为;遁明工厂;。o由77-?卥?呥?偌?偃?坃?牭睥?牶楥?桥?坍?総?及?楮?敲湴?牎?叏?呃?慬?整?坃?傣?双?偲?抵?坃?僐?潦?反?厵?楮?瑥?咡牮?摢?整?整?紧?坃?畳?叔?去?珒?汩?敮?呃?瓒?坃?呃?倨摢?傣湴?玡?叓?傣?畳摢?呃?牯?傣?僒?没畳?偌?僐?呃?坥?傺?整?傣?抷?坃?坍?汩?玡

17、?匨?叏?债?敮?癞?敢?坍?偲?玑?捥?厡?潦?润?乥?位?楮?扵琩?珄?整?珐?2010年第21期NO.21.2010 于!稍桐柏:要总第156期(CumulativetyNO.156 ) 小波变换在飞行器遥测数据分析中的应用学曦秋(江南机电设计研究所，贵州贵阳55仪盼的摘要:飞行器选测参数在征飞行器飞行过程中的特征参囊，而来很大的困难。因此，如何把有用的情号同噪声分离开，提高逃溃l参数受到外界和自身的干扰，使馆号的信嗓比明显下降，倍号的信噪比，成为弹体故障诊断中的重耍任务之。而小严重影响了测试结果和后续的分析工作，为此常对测量信号放变换是目前结构故障诊断较为有效的方法。进行降嗓处怨。小波

18、交换克服了傅豆叶交换中时域的瞬间交2 小波淌噪换在频域中不能反映的缺陷，是一种更有效的降嗓方法。另外，小波变换也是佯体放障诊断的有效方法。2.1 基本原理关键词:飞行器;遥测参数;小泼变换;降嗓方法含噪的一锥信号模型可以表示如下:中图分提号:TP391文献标i只码:As(k)=jk)+e咳(k)k=0,1 ，n也(1) 文章编号:1弘2374( 2010 )21-78-04 式中;S(均为含噪信号，只均为有用信号，e(均为噪声倍号。这是假设e(均为一个高斯白噪声信号，通常表现为高频信号，而工程实际中jkl通常为低频借号或者是些比较平稳的倍1 概论号。因此我们可按如下方法进行消噪处理;首先对信号

19、进行在飞行器飞行过程中，遥测系统各种信号的输入和输出小波分解，由于噪声信号多包含在具有较高频率的细节中，从受到外界和自身的干扰，使测量到的信号为有用信号和噪声而可以利用门限、阑值等形式对分解所得的小液系散进行处的叠加，使借号的信噪比明显下降。这严囊影响了测试结果理，然后对信号进行小波重构即可达到对信号:肖噪的目的o和后续的分析工作，为此需对测量信号进行降噪处理。传统对借号淌噪实质上是抑制信号中的无用部分，增强信号的降嗨处理方法是将含有噪声的信号进付傅里叶变换，去掉中的有用部分的过程，即提高倍噪比的过程。一般地，一维倍离频成分(噪窍)，保留低频成分，然脂再做逆变换回复原始号消噪的过程可分为如下3

20、个步骤:信号，产生了高频失真。这样虽然能去掉噪声，但问时也把有(1 )一维信号的小波分解。选择一个小波并确定分解的用信号中的高频信息丢失了。小玻变换是傅盟叶变换的发且是，腰次，然后进行分解计算。它克服了傅叶变换中时域的瞬间变换在频域中不能反映的(2)小液分解高频系数的阑值量化。对各个分解尺度下缺陷。在去除掉离频噪声的同时保留了倍号的高频成分，因的高频系数选择个阑值进行阑值最化处理。而小波变换是一种比傅盟叶变换更有效的降噪方法。(3)一维小波童构。根据小波分解的最底腰ilt频系敬和另外在飞行过程中，飞行黯#震动馆号受到动力系统工作各展高频系数进行一维小渡震构。的时变性、飞行器横向性载的变化产生的

21、冲击等于扰因素，导这二三个步骤中，最关键的是如何选择阑值以及进行湖值致非平穗握动信号的产生。基于平稳过程的传统信号处理方1世化。在某种程度上，它关系到信号消噪的质量。法难以发挥作用;另一方面，当弹体发生故障时，由于弹休各小波分析由于具有时频域周部化特性，能将信号外解成部件的结构不间，政使振动信号所儒含不同部件的故障特有E交织在一起的多种尺度成分，并对大小不同的尺度成分果用频率分布在不同的频带范围内，且这种故障动态信号很微弱，相应粗细的时域或空域果样步长，从而能不断地黯焦到被测往往被弹体振动信号和随机噪声所淹没，给信号分析工作带对象的任意微小调节，故被称之为;数学显微镜;。正是因为此外，通过In

22、ternet可以实现对工业生产过糕的实时远?少可以适用于70%的现场网络，这意味着工业以太间有程监控，将实时生产数据与ERP系统以及实时的用户需求结着非常广泛的前景。随着在工业领域的进一步应用，以太间合起来，使生产不只是面向定单的生产，而是直接面向机会和不仅会对企业内部的通信系统产生巨大的改进，保护既有的市场的;电子制造;，从而使企业能够通应级济全球化的要求。投资，班将对企业的管理和运营方式产生深远的影响。5 结语作者简介:杨建(1974斗，穷，山东淄博人，山东中烟工业有限责毫无黯问，以太网在工业自动化网络方面扮演着一个非任公司济南卷烟f工程师，研究方向:工业自动化与物流。常重要的角色。根据对现代制造业的最新研究结果，以太网-78叫?丰?猨钦?侣?畭?欩?泐?畲?慴?猨?楶?欩?倨?整?渭?祎?呐?攨?瑥?侣?倨?篌?牮?整?像?瑬?欩?