孫瑾（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在斗輪機(jī)控制中的應(yīng)用

孫瑾（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

通過無線傳輸系統(tǒng)從輸煤監(jiān)控系統(tǒng)到斗輪機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸流程，介紹無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、通訊方式和數(shù)據(jù)傳輸流程。合理有效的應(yīng)用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)可以在設(shè)備后期維護(hù)上節(jié)約大量控制扁纜，減少事故發(fā)生率，解決控制扁纜在低溫環(huán)境中使用壽命導(dǎo)致的斗輪機(jī)設(shè)備故障的問題。

無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)輸煤斗輪機(jī)控制系統(tǒng)

1 概述

本公司以煤制天然氣為主要生產(chǎn)工藝，煤作為主要生產(chǎn)原料，依靠輸煤車間翻車機(jī)和斗輪機(jī)及其配套及附屬裝置為其連續(xù)輸送。其中斗輪機(jī)是通過自身的控制系統(tǒng)和輸煤程控系統(tǒng)進(jìn)行電纜傳輸實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。由于斗輪機(jī)是移動(dòng)設(shè)備，信號(hào)傳輸必須配套巻纜系統(tǒng)、扁纜、導(dǎo)電滑環(huán)、控制箱等設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。本公司所在地理位置室外環(huán)境冬季極端低溫-40℃以下，斗輪機(jī)巻纜系統(tǒng)及扁纜等設(shè)備極易發(fā)生故障，導(dǎo)致斗輪機(jī)最終不能正常運(yùn)行。因此，通過技術(shù)改造將原來的通訊方式改為新型的無線數(shù)據(jù)通訊方式，以保證斗輪機(jī)在極端低溫下的正常運(yùn)行。

2 無線通訊技術(shù)討論

2.1 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)特點(diǎn)

無線傳輸具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，包括：（一）數(shù)據(jù)通訊采用無線傳輸，節(jié)約有線通訊產(chǎn)生的安裝、材料等費(fèi)用；（二）具有將廣泛的環(huán)境適應(yīng)性，減少了有線通訊設(shè)備及材料在極端環(huán)境下帶來的故障隱患；（三）擴(kuò)展方便，在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，可方便的進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展。

目前現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)通訊是輸煤程控與斗輪機(jī)程控之間進(jìn)行，分別配置無線數(shù)據(jù)通訊主系統(tǒng)和輔系統(tǒng)。主系統(tǒng)設(shè)置在控制室，布置有監(jiān)控電腦；輔系統(tǒng)設(shè)置在煤場(chǎng)斗輪機(jī)設(shè)備上。主系統(tǒng)和輔系統(tǒng)之間通過無線數(shù)傳電臺(tái)的通訊方式傳輸信號(hào)，主系統(tǒng)和輔系統(tǒng)均是通過有線的方式與PLC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，輔系統(tǒng)PLC再通過有線方式采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)，該數(shù)據(jù)傳輸過程為：現(xiàn)場(chǎng)儀表有線傳輸至輔系統(tǒng)PLC，輔系統(tǒng)PLC以無線傳輸方式將數(shù)據(jù)傳輸給輸煤程控?zé)o線通訊主系統(tǒng)，主系統(tǒng)再通過有線方式將信號(hào)傳輸給PLC系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。主系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)協(xié)議可以采用Profibus、Modulbus協(xié)議，無線通訊模塊則需要根據(jù)PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)或是通訊模塊配套的協(xié)議統(tǒng)一選擇。

2.2 抗干擾技術(shù)

由于斗輪機(jī)的運(yùn)行具有連續(xù)、穩(wěn)定、長周期的特點(diǎn)，考慮到輸煤程控與斗輪機(jī)實(shí)際距離最大超過600m，且中間設(shè)有金屬防塵網(wǎng)，故此無線數(shù)據(jù)通訊的抗干擾性要求較高。

2.2.1 傳輸穩(wěn)定性

工業(yè)無線控制設(shè)備，所使用的頻段為工業(yè)專用頻段，避免了與其他無線設(shè)備的互相干擾，在信號(hào)傳輸中，每一個(gè)信號(hào)都采取了加密處理，使外來的干擾降到最低。另外工業(yè)無線控制設(shè)備先進(jìn)的中央處理器對(duì)錯(cuò)誤的信號(hào)進(jìn)行檢查，達(dá)到無錯(cuò)誤解碼及準(zhǔn)確控制所有的繼電器輸出，保證百分之百的無誤傳輸及解碼。

2.2.2 故障控制

無線控制設(shè)備考慮到系統(tǒng)的斷電、斷通訊等問題，設(shè)置了報(bào)警功能，對(duì)方設(shè)備停電、不在通信范圍內(nèi)、故障等狀態(tài)，設(shè)備自動(dòng)輸出報(bào)警信號(hào)和報(bào)警提示，并設(shè)置有數(shù)據(jù)通訊斷路信號(hào)保持功能。

2.2.3 、環(huán)境適應(yīng)性

無線控制設(shè)備必須滿足現(xiàn)場(chǎng)的極寒天氣-40℃惡劣環(huán)境對(duì)設(shè)備造成的影響，在主要元器件的選擇方面做過適應(yīng)性和耐久性方面的測(cè)試，并且在廠區(qū)或者野外環(huán)境對(duì)于防雷等方面也做了充分考慮，從而保證設(shè)備能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。

3 無線數(shù)據(jù)通訊選型

當(dāng)前企業(yè)采用的無線數(shù)據(jù)通訊方式主要是無線數(shù)傳電臺(tái)、GPRS∕CDMA等。

無線數(shù)傳電臺(tái)是采用數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、具有前向糾錯(cuò)、均衡軟判決等功能的無線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)。數(shù)字電臺(tái)提供RS232接口，傳輸速率19.2Kbps，收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間小10ms，具有誤碼統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)告警、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。無線數(shù)傳電臺(tái)作為一種通訊媒介，與光纖、微波、明線一樣，有一定的適用范圍：它提供某些特殊條件下專網(wǎng)中監(jiān)控信號(hào)的實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、安裝維護(hù)方便、繞射能力強(qiáng)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、覆蓋范圍遠(yuǎn)的特點(diǎn)，適合點(diǎn)多而分散、地理環(huán)境復(fù)雜等場(chǎng)合，可與PLC，RTU，液位計(jì)等數(shù)據(jù)終端相連接。大家熟知的VHF∕UHF超短波無線通信領(lǐng)域的對(duì)講機(jī)、車載電臺(tái)、手機(jī)等無線通信終端產(chǎn)品外，短波無線數(shù)傳電臺(tái)是較為專業(yè)的一種產(chǎn)品。

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線服務(wù)技術(shù)GPRS是GSM的延續(xù)，傳輸速率可提升至56甚至114Kb?ps，GPRS在原GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上疊加了支持高速分組數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)，向用戶提供瀏覽因特網(wǎng)頁面、E-mail等功能，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)結(jié)合。CDMA是指一種擴(kuò)頻多址數(shù)字式通信技術(shù)，是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。

按照數(shù)據(jù)通訊的目的，經(jīng)過大量的咨詢及篩選，最終選擇采用通訊方式為無線數(shù)傳電臺(tái)模式。其傳輸頻段為433MHz，頻點(diǎn)間隔25KHz。通訊系統(tǒng)采用主、輔系統(tǒng)雙向?qū)崟r(shí)收發(fā)及時(shí)互相通信。主系統(tǒng)安裝于輸煤程控一端PLC系統(tǒng)中，輔系統(tǒng)安裝于600m以外斗輪機(jī)設(shè)備PLC系統(tǒng)中，主系統(tǒng)將輸煤程控中的啟動(dòng)堆料、啟動(dòng)取料、停機(jī)信號(hào)、通過無線傳輸形式傳輸?shù)捷o系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)斗輪機(jī)的控制；同時(shí)，斗輪機(jī)PLC輔系統(tǒng)的控制信號(hào)收集堆料運(yùn)行、取料運(yùn)行、變壓器溫度高報(bào)警、變壓器溫度高高跳閘聯(lián)鎖等信號(hào)，并把本端的工作狀態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)傳給主系統(tǒng)。該設(shè)備的主輔系統(tǒng)具有無線雙向控制功能，兩臺(tái)配對(duì)使用主系統(tǒng)設(shè)備和輔系統(tǒng)設(shè)備相互控制，輸入狀態(tài)控制對(duì)方設(shè)備的輸出，設(shè)備具有自診斷功能、檢測(cè)對(duì)方設(shè)備是否在線、故障輸出報(bào)警等功能，具有配置簡單、使用方便、實(shí)用性強(qiáng)、性能穩(wěn)定等性能。

4 輸煤程控與斗輪機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)

4.1 原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)

輸煤程控與斗輪機(jī)控制均采用PLC系統(tǒng)控制，斗輪機(jī)的運(yùn)行需要與輸煤程控進(jìn)行通訊的信號(hào)有啟動(dòng)堆料、啟動(dòng)取料、停機(jī)信號(hào)、堆料運(yùn)行、取料運(yùn)行、變壓器溫度高報(bào)警、變壓器溫度高高跳閘等一系列控制及連鎖點(diǎn)。控制點(diǎn)的通訊采用扁平控制電纜連接，在斗輪機(jī)的移動(dòng)過程中，斗輪機(jī)巻纜系統(tǒng)中的卷盤電機(jī)帶動(dòng)卷盤對(duì)扁平控制線進(jìn)行收放，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)過程中信號(hào)穩(wěn)定傳輸?shù)哪康?，示意圖如下圖（一）所示。