周 荣

（太原重工股份有限公司，山西 太原 030024）

引言

目前，WK-20 电铲在国内外大型露天矿已经得到广泛应用，在电铲工作过程中，为了对下车部分进行精准控制，需要采集行走机构的电磁阀、气压检测开关、制动器限位开关，电机绕组温度、电机轴承温度、减速机油温等多个开关量信号和模拟量信号。因集电环的环数有限及存在磨损和接触不良等缺点，限制了数据传输的数量和质量。借助于西门子工业无线局域网（IWLAN）技术和产品线可以实现上车与下车的无线通信，有效地传输各类型的数据。

西门子工业无线局域网（IWLAN）产品线十分可靠、功能强大、数据安全，适用于室内室外的各种极端条件。特别是SCALANCE W700 产品线，其采用了多输入多输出的多重传播技术，无线设备可以并行使用多个天线，能够大幅度降低电磁干扰并提高数据的传输速率，采用抗冲击外壳，防水防尘（IP65），抗振动和撞击，抗电磁干扰，PCB 外涂层可防止冷凝，完全适应于露天矿电铲的工况条件。

1 系统硬件构成

1.1 系统硬件组成

1）PLC 使用西门子S7-1500 系列CPU 1518-4 PN/DP，ET200MP 接口模块使用IM155-5 PN ST，其他使用通用的开关量和模拟量的输入输出模块，通信方式为PROFINET-PN。

2）无线接入点AP 使用SCALANCE W774-1 RJ45，无线客户端Client 使用SCALANCE W734-1 RJ45，均带2 个用于连接外置天线的RSMA 接口，支持IEEE 802.11N 协议以及2.4 GHz/5 GHz 频段，最高传输速率300 Mbit/s。

3）天线使用ANT795-6MN 全向天线，天线增益6/8dBi，IP65（-40～+80 ℃）。天线RSMA 接头终端电阻T1795-1R，50 Ω。

4）使用激活I Features 功能的交换介质卡，能够储存配置数据，以便用于快速更换发生故障的设备，若设备出现故障，它能在没有PC 的情况下用SCALANCE W 配件进行设备替换。该交换介质卡可用于带有K-PLUG 插槽的SCALANCE W700 IEEE 802.11N 产品的接入点或者客户端。KEY-PLUG W780 I Features用于SCALANCEW接入点AP，KEY-PLUG W740 I Features用于SCALANCEW客户端Client。

1.2 系统硬件安装

在电铲上车的右侧电气室内安装PLC 的CPU 机架和上车右侧接入点AP1，在上车的左侧润滑室内安装ET200MP 机架和上车左侧接入点AP2，使用西门子专用网线连接。上车右侧AP1 和上车左侧AP2 各带2 个蘑菇头全向天线，分别安装在右侧走台的前部和后部，左侧走台的前部和后部，确保与下车无线客户端Client 的蘑菇头全向天线的360°无死角连接。

在电铲下车控制箱内安装ET200MP 机架和无线客户端Client，使用西门子专用网线连接。在行走电机支座的上部安装1 个蘑菇头全向天线与客户端的R-SMA 接口的R1A1 连接，R1A2 接口连接终端电阻T1795-1R[1]。

模块之间连接的以太网电缆与天线的馈线均穿金属屏蔽软管，确保信号不受干扰。系统硬件构成见下页图1。

图1 系统硬件构成

2 系统硬件配置

2.1 接入点与客户端IP 地址分配

对于新的接入点模块和客户端模块，IP 地址为缺省地址0.0.0.0，需要进行IP 地址的分配。使用调试网线分别将PC 与各个模块连接，借助于网络调试和诊断工具PRONETA 软件，进行模块IP 地址分配。

2.2 接入点与客户端无线配置

1）登录：在浏览器中输入分配好的IP 地址进行登录，默认登录名与密码均是admin，登录后必须进行密码修改，修改完成后再次登录。

2）在常规栏内，对模块进行名称和安装位置备注，方便识别不同的模块。

3）进入Interfaces 界面进行配置。在Basic 栏内，设置国家代码，不同的国家对无线设备的管制标准不同，允许的发射功率与信道都不一样；设置设备模式，接入点设置模式为AP，客户端设置模式为Client。

4）工作频段选择：2.4 GHz 频段应用的比较多，衰减相对弱，同频干扰重；5 GHz 频段应用的比较少，同频干扰小，选择5 GHz 频段。

5）工作模式选择：对电铲来说，传输的是开关量信号以及少量的模拟量信号，通信的数据量相对较少，无线工作模式选择802.11a。

6）天线配置：对于天线发射功率，需要根据天线的配置来进行设置，若超过国家标准的发射功率，需要衰减天线的发射功率。在Antennas 栏内，设置天线的类型，ANT795-6MN 全向天线，接入点AP 设置2个天线，客户端Client 设置1 个天线，未使用的天线接口选择Not used，并在天线接口上连接一个50 Ω 的终端电阻；天线馈线的长度根据实际长度进行设置。

7）激活WLAN：在天线配置完成后返回Basic 栏设置使能无线网口WLAN。

8）信号选择：在Allowed Channels 栏内选择使用的信道。

9）SSID 设置：对于接入点来说，在AP 栏内设置无线网络的识别名SSID，取消广播设置；对于客户端来说，选择MAC MODE 为2 层透传模式Layer 2 Tunnel，指定SSID 为上层接入点AP 的SSID，为使漫游速度更快，设置为客户端主动模式。在Force Roaming栏内，设置强制漫游功能。

10）激活IPCF：前提条件必须是开放系统，取消密码设置。电铲上使用2 个接入点AP，1 个客户端Client，客户端需要在2 个AP 之间漫游，则须在I Features 栏内，选择ENABLE IPCF，PROFINET[2]。

2.3 硬件组态

在西门子TIA_Portal_V17 软件内进行硬件组态，组态的元件有PLC_CPU 模块、上车右侧AP1 模块、上车左侧AP2 模块、下车Client 模块、下车ET200MP模块，并分配各自的IP 地址，对于AP 与Client，IP 地址需要与上面设置的IP 地址一致，开关量和模拟量的输入输出模块设置寻址地址，保存编译。硬件组态见图2。

图2 硬件组态

3 数据传输

使用PC 连接PLC_CPU，将组态下载到CPU 内，在线分配设备名称。再通过PING 下车客户端Client与ET200MP 接口模块的IP 地址来检测上下车之间的无线通信，数据能够正常发送与接收，则说明上下车无线通信已经成功建立。这时，即可在TIA_Portal_V17 软件内，编辑程序，在线监测。

下车开关量输入信号：右侧行走电机风机电源、左侧行走电机风机电源、右侧行走电机风机运行、左侧行走电机风机运行、右侧行走气压监测、左侧行走气压监测，右侧行走制动器打开限位、右侧行走制动器磨损限位，左侧行走制动器打开限位、左侧行走制动器磨损限位等信号均能正常通过西门子工业无线局域网传输到上车的PLC_CPU 内。

下车开关量输出信号：右侧行走风机接触器、左侧行走风机接触器、右侧行走电磁阀、左侧行走电磁阀、右侧行走电机加热器接触器、左侧行走电机加热器接触器等信号均能正常通过西门子工业无线局域网被下车ET200MP 接收到。

下车模拟量输入信号：右侧行走电机绕组PT100、右侧行走电机传动轴承PT100，左侧行走电机绕组PT100、左侧行走电机传动轴承PT100，右侧行走减速机PT100，左侧行走减速机PT100 等模拟量信号均能正常通过西门子工业无线局域网传输到上车的PLC_CPU 内。

4 结语

随着矿山智能化与无人化的发展，需要采集的电铲各个部位的状态和信号的数据日益增多，以便对电铲有全面了解，从而进行精准控制，借助于西门子工业无线局域网SCALANCE W700 产品线与技术，使电铲上车与下车之间受限的通信数据传输问题得到了根本上的解决，不再受制于集电环硬件因素的影响。