ZigBee在傳統工廠的無線監控應用

ZigBee在傳統工廠的無線監控應用
對於工廠環境而言,掌握設備運轉時與產品生產的製程、品質有關。然而,在傳統工廠中,有些工作環境可能具有高溫、重型機械、酸性氣體⋯等危險因子,故多半採用半自動化或全自動化設備以確保製程的穩定性與安全性,藉此降低工安事件的發生率。另外,中控室也需適時得知設備運轉情況,以便通知相關人員進行維護,除提高設備使用壽命外,更可避免忽然發生需停機維修的情形。

一般在為工廠規劃與佈建監控架構時,長距離的佈線作業是其中一 個重要考量,不僅施工繁瑣、提高安裝與維護成本,甚至在實際作業環境中,往往佈線路徑上方有天車(起重機)在吊掛,地面有地磅在秤重貨品,且大量的線材也會造成資源上的浪費,而ZigBee無線控制技術將可解決這樣的難題。

生產流程與 複雜環境的挑戰

高雄某一傳統工廠在生產過程中因製 程需求,需使用重型機械吊掛生產後的產 品,並在吊掛過程中以酸性液體進行酸洗。由於酸洗過程具高度危險性,因此在 進行此項作業時大多採用自動化吊掛設備,且在酸洗過程中嚴格控管現場人員進出,以確保生產流程的順暢與安全。

此案場在同一軌道上同時運行二十多台吊掛設備,每台吊掛設備均依照各自內部 PLC(可程式邏輯控制器)程序規劃,執行不同的生產流程。由於現場環境吵雜, 人員無法時刻緊盯吊掛設備的警示燈,也無法透過聲音判斷目前運行的狀況,再加上多台吊掛設備共用軌道,若其中一台吊 掛設備發生異常,將可能影響整個生產作業流程。業主希望利用控制室的主機,主動依序向每台吊掛設備的PLC問回吊掛設備目前各部件的運轉狀況、生產流程與運行位置,藉此掌握整個生產流程,避免不同吊掛設備間的流程互相影響;且當吊掛設備發生異常,控制室也可透過PLC回傳的資訊,判斷異常狀態發生的時機與原因,針對可能導致異常情形的問題點立刻進行診斷與排除,以維持正常的生產運作流程。

 

然而,在實際的系統佈建過程中,吊掛設備屬於移動式設備,因此無法在吊掛設備與控制室之間施行現場佈線,只能透過無線通訊的方式交換資料。再者,吊掛設備在作業時常處於走走停停的狀態,現場又有許多的金屬鋼樑與天車,當吊掛設備移動到樑柱或天車後方時,會因遮蔽物的阻隔嚴重影響無線訊號的傳遞,甚至造成短時間的通訊中斷問題。
 
ZigBee系統建置與困難排解

針對此一狀況,泓格提供以ZigBee無線技術為基礎的設備監控系統,不僅能減少佈線成本,其網狀網路的傳輸特性亦不受廠區距離限制,可有效掌握設備的運轉狀況。業主採用ZT-2000系列的ZigBee無線通訊產品作為解決方案,控制室主機透過Ethernet介面與ZT-2570連接,將主機的訊號轉成ZigBee無線訊號,並在每一吊掛設備上安裝ZT-2551ZigBee轉RS-232/RS-485訊號轉換模組,將接收到的ZigBee訊號轉成RS-232訊號後由PLC判讀。由於控制室主機詢問吊掛設備PLC的通訊命令與回覆資訊的頻率及資料長度屬於少量資料交換,因此特別適合ZigBee技術的應用。

而原先控制室主機中的軟體與PLC間採用RS-232的COMport通訊,透過ZT-2570提供的VxCOMM通訊技術,控制室主機的軟體無需做任何修改,一樣透過COMport的方式與PLC進行資料交換,VxCOMM驅動程式會自動把COMport的資料轉成Ethernet資料發送給ZT-2570(ZigBeecoordinator),並由ZT-2570將收到的資料轉發給吊掛設備上的ZT-2551。ZT-2570則對於PLC回覆給控制端主機的資訊可能超過ZigBee無線傳輸封包最大資料量,提供將同一筆以多封包形式傳送的資料組合後,再傳回至控制室主機,降低主機的誤判機率。每一台ZT-2551在ZigBee網路上都是屬於Router的身分,可以進行資料的轉發。當遇到因障礙物阻隔導致ZT-2551無線訊號無法直接回傳到ZT-2570的設備時,便能藉由其他吊掛設備上的ZT-2551,將資料轉發至ZT-2570達到監控目的,因此現場無需特別配置ZigBee訊號重置器(repeater),能以更節省成本的方式達到資料交換的目的。

結語
 
ZigBee一開始發展便是以自動控制為目的,應用在工廠監控系統上,不僅具有可避開障礙物的特性,亦有不受廠區距離限制的優點,除了具系統擴充性外,也能遠端掌控設備運轉狀況,有助於對工廠整體資訊的掌握。






















 
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