無線通訊技術在發電廠斗輪機上的應用研究

黃 達，吳莉娟，張志鵬，陳康路，鄧志昆

（中電投江西電力有限公司新昌發電分公司，江西南昌 330117）

0 引言

目前，國內大部分電廠的斗輪機與集控室之間的信號傳輸還是通過電纜卷筒和控制卷纜來實現的。對電廠來說，斗輪機作業時需要頻繁地走行，卷纜由于在地面拖動且頻繁受力，加上環境惡劣、運行老化，卷纜中的控制信號線非常容易出現拉斷的現象，一旦出現故障時斗輪機無法實現信號連鎖，導致皮帶聯鎖不上，很容易造成斗輪機皮帶堵煤的生產事故。加之控制線斷芯往往在內部，外部無法查看，所以增加了故障查找及處理的難度。這種系統缺陷對生產會造成不良的影響，同時也加重了運行操作人員和設備檢修人員的工作強度和維護難度。

1 無線通訊技術

1.1 無線通訊原理

無線通訊擺脫了傳統通訊技術存在的不足，無需借助于有線連接就能實現機器之間的對話交流，這是我國通信行業技術革新的重要標志。無線通信主要借助無線電波連接，以達到各類數據信息傳輸的需要，將無線通訊技術廣泛運用于工業生產中，可以對現場設備、儀器設施自動化控制，大大提高了工業生產效率。

1.2 與有線傳輸方式比較

在工業自動化場合，無線電的最大優勢在于“無線”，建立通訊鏈路非常靈活、快捷。相對于有線傳輸方式，無線通訊具有以下幾個方面的優點：

1）解決移動設備、旋轉設備敷設線纜困難或根本不可能的通訊問題。

2）解決由于長距離、大范圍布線行不通或不經濟或維護太困難的通訊問題。

3）作為有線通訊網絡（例如光纖）的備份或補充。

正如光纖通訊手段不能完全取代無線電通訊一樣，反過來，無線電通訊手段也不能完全取代光纖通訊手段。無線通訊技術主要存在以下幾項缺點：

1）無線通訊方式比有線傳輸方式的誤碼率更高，無線電通訊誤碼率（BER）指標：10-6，而光纖通訊的誤碼率（BER）指標為10-11。

2）無線通訊方式的傳輸速率比有限傳輸方式低，無線電通訊速率為百Mbps數量級，而光纖通訊速率為千Mbps數量級。

3）無線通訊方式的抗干擾性比有限傳輸更差，無線電通訊需要克服周圍電磁環境影響，而光纖通訊不受周圍電磁環境影響。

1.3 無線通訊技術改造的優點

1）將成熟的PLC技術、無線通訊技術應用到輸煤程控與葉輪給煤機的遠方控制，可解決現場控制滑纜問題多，只能就地控制的實際困難，實現集控室對葉輪給煤機上煤，進行控制及聯鎖。

2）按標準化、通用化及模塊化有關規范考慮設計，控制系統按分層、分散控制思路設計，使用無線信號傳輸的手段，避免控制電纜被頻繁地來回拖動造成的破損，以及由此帶來的停機故障和維修工作量。

3）避免控制電纜和動力電纜共同架設所引起的控制信號干擾問題。

4）選用模塊化的功能組態軟件，提高軟件可靠性，操作員終端人機界面友好。

2 系統解決方案

2.1 現場環境概述

為從根本上解決有線傳輸系統給斗輪機帶來的設備缺陷，以方便維護，減少維護費用，降低生產運行和設備檢修維護人員的勞動強度，保證生產的連續穩定運行并提高設備維護的管理水平，某火電廠決定對斗輪機實施無線通訊控制系統的改造。

該發電廠煤場一半位于露天，一半在干煤棚內，干煤棚是一個半封閉的鋁合金結構，整個煤場大約長幾百米，距離輸煤程控室大約距離約兩百米。煤場周圍有很多大型的電氣和機械設備，工業建筑。為了避免煤場周圍較多的電磁干擾，所以就要求無線系統有高的發射功率和高靈敏度以及抗干擾能力。這樣，無線通訊系統才能有可靠的通訊質量，保證工業控制通訊的實時性、可靠性和穩定性。

干煤棚的鋁合金結構要求無線系統有高的發射功率和高靈敏度，而且無線電波在這種封閉的金屬結構里會產生很多反射，應有足夠地對系統抗多徑干擾的能力。

2.2 系統解決方案

根據現場的實際情況，本著先進性，簡潔性，可靠性為主，兼顧經濟性的設計原則，分別在輸煤程控室和兩臺斗輪機上配置無線通訊裝置，無線通訊裝置分別和程控室的程控PLC還有斗輪機上PLC直接通過網線連接，連接到PLC上的NOE以太網通訊模塊。程控室PLC和斗輪機上PLC通過1對2的主從無線網絡直接連接起來，這樣從硬件接線的形式上完全取代了原有的卷纜有線系統，并且取代的是帶來故障和不穩定的移動有線部分。程控室的輸煤程控PLC和無線通訊裝置作為主站通過無線通訊鏈路向斗輪機上的從站發送聯鎖控制數據，斗輪機上的從站接收到數據后，通過一個交換機將數據傳輸到斗輪機上PLC，通過機上PLC來控制斗輪機的一些作業（如斗輪皮帶聯鎖）；斗輪機的一些運行狀態信號和聯鎖信號也由機上PLC通過無線通訊鏈路返回到輸煤程控PLC（如地面皮帶聯鎖）。從而系統取代了有線卷纜，實現了機上PLC控制的無線通訊傳輸，無線通訊傳輸系統對于輸煤程控PLC控制系統是“透明”的，從運行操作上來說就可以看作是原來的有線卷纜系統。只不過變為了更簡單、靈活和可靠的工業無線傳輸方式。

系統架構圖如圖1所示：

圖1 系統架構圖

2.3 系統主要配置

系統主要配置如下：

1）3臺工業無線電調制解調器。

2）高增益全向天線3套。

3）射頻小線3根。

4）通信電源3套。

5）避雷器3套。

6）4口工業以太網交換機3臺。

3 系統改造實施成效

斗輪機與輸煤程控進行無線通訊改造后，信號傳輸正常、設備運行可靠，未發生因信號傳輸故障造成的斗輪機停止運行，大幅度提高了設備可靠性。

1）降低了生產維護成本。斗輪機與輸煤程控進行無線通訊改造后，可以解決有線傳輸系統給斗輪機帶來的設備缺陷，方便維護，減少維護費用，降低生產運行和設備檢修維護人員的勞動強度，保證生產的連續穩定運行，并提升設備維護的管理水平。

2）提升企業外部形象，減少來煤卸車延時費。該系統實施改造后，有效解決了因信號傳輸故障造成的斗輪機停止運行的問題，煤場接待來煤的能力得到提升。

3）提高機組運行安全穩定性，保證機組接待負荷能力。斗輪機與輸煤程控進行無線通訊改造后，降低了斗輪機的故障率，能有效提升煤廠的供煤能力，保證機組接待負荷不受此影響。

4 結束語

依照以上配置和解決方案對輸煤程控與斗輪機的信號傳輸改造后，大大提高了設備可靠性，減少了設備故障發生概率，降低生產運行和設備檢修維護人員的勞動強度，達到了預先設計的要求。通過對輸煤程控系統的無線通訊技術的深入研究，對于改變當前我國電力企業輸煤管理的落后狀態，對實現其高度自動化有著重要的應用價值。