無線數據傳輸技術在斗輪機控制中的應用

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

無線數據傳輸技術在斗輪機控制中的應用

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

通過無線傳輸系統從輸煤監控系統到斗輪機控制系統的數據傳輸流程，介紹無線傳輸系統結構組成、通訊方式和數據傳輸流程。合理有效的應用無線數據傳輸技術可以在設備后期維護上節約大量控制扁纜，減少事故發生率，解決控制扁纜在低溫環境中使用壽命導致的斗輪機設備故障的問題。

無線數據傳輸技術輸煤斗輪機控制系統

1 概述

本公司以煤制天然氣為主要生產工藝，煤作為主要生產原料，依靠輸煤車間翻車機和斗輪機及其配套及附屬裝置為其連續輸送。其中斗輪機是通過自身的控制系統和輸煤程控系統進行電纜傳輸實現監控功能。由于斗輪機是移動設備，信號傳輸必須配套巻纜系統、扁纜、導電滑環、控制箱等設備才能實現。本公司所在地理位置室外環境冬季極端低溫-40℃以下，斗輪機巻纜系統及扁纜等設備極易發生故障，導致斗輪機最終不能正常運行。因此，通過技術改造將原來的通訊方式改為新型的無線數據通訊方式，以保證斗輪機在極端低溫下的正常運行。

2 無線通訊技術討論

2.1 無線數據傳輸技術特點

無線傳輸具有技術優勢，包括：（一）數據通訊采用無線傳輸，節約有線通訊產生的安裝、材料等費用；（二）具有將廣泛的環境適應性，減少了有線通訊設備及材料在極端環境下帶來的故障隱患；（三）擴展方便，在系統允許的范圍內，可方便的進行系統監控點數的擴展。

目前現場的數據通訊是輸煤程控與斗輪機程控之間進行，分別配置無線數據通訊主系統和輔系統。主系統設置在控制室，布置有監控電腦；輔系統設置在煤場斗輪機設備上。主系統和輔系統之間通過無線數傳電臺的通訊方式傳輸信號，主系統和輔系統均是通過有線的方式與PLC系統進行數據交換，輔系統PLC再通過有線方式采集現場數據信號，該數據傳輸過程為：現場儀表有線傳輸至輔系統PLC，輔系統PLC以無線傳輸方式將數據傳輸給輸煤程控無線通訊主系統，主系統再通過有線方式將信號傳輸給PLC系統進行監控。主系統和子系統之間數據協議可以采用Profibus、Modulbus協議，無線通訊模塊則需要根據PLC系統數據或是通訊模塊配套的協議統一選擇。

2.2 抗干擾技術

由于斗輪機的運行具有連續、穩定、長周期的特點，考慮到輸煤程控與斗輪機實際距離最大超過600m，且中間設有金屬防塵網，故此無線數據通訊的抗干擾性要求較高。

2.2.1 傳輸穩定性

工業無線控制設備，所使用的頻段為工業專用頻段，避免了與其他無線設備的互相干擾，在信號傳輸中，每一個信號都采取了加密處理，使外來的干擾降到最低。另外工業無線控制設備先進的中央處理器對錯誤的信號進行檢查，達到無錯誤解碼及準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

無線控制設備考慮到系統的斷電、斷通訊等問題，設置了報警功能，對方設備停電、不在通信范圍內、故障等狀態，設備自動輸出報警信號和報警提示，并設置有數據通訊斷路信號保持功能。

2.2.3 、環境適應性

無線控制設備必須滿足現場的極寒天氣-40℃惡劣環境對設備造成的影響，在主要元器件的選擇方面做過適應性和耐久性方面的測試，并且在廠區或者野外環境對于防雷等方面也做了充分考慮，從而保證設備能適應各種惡劣環境。

3 無線數據通訊選型

當前企業采用的無線數據通訊方式主要是無線數傳電臺、GPRS∕CDMA等。

無線數傳電臺是采用數字信號處理、數字調制解調、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的無線數據傳輸電臺。數字電臺提供RS232接口，傳輸速率19.2Kbps，收發轉換時間小10ms，具有誤碼統計、狀態告警、網絡管理等功能。無線數傳電臺作為一種通訊媒介，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中監控信號的實時、可靠的數據傳輸，具有成本低、安裝維護方便、繞射能力強、組網結構靈活、覆蓋范圍遠的特點，適合點多而分散、地理環境復雜等場合，可與PLC，RTU，液位計等數據終端相連接。大家熟知的VHF∕UHF超短波無線通信領域的對講機、車載電臺、手機等無線通信終端產品外，短波無線數傳電臺是較為專業的一種產品。

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線服務技術GPRS是GSM的延續，傳輸速率可提升至56甚至114Kb?ps，GPRS在原GSM網絡的基礎上疊加了支持高速分組數據的網絡，向用戶提供瀏覽因特網頁面、E-mail等功能，實現了移動通信技術和數據通信技術結合。CDMA是指一種擴頻多址數字式通信技術，是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，以實現信息通信。

按照數據通訊的目的，經過大量的咨詢及篩選，最終選擇采用通訊方式為無線數傳電臺模式。其傳輸頻段為433MHz，頻點間隔25KHz。通訊系統采用主、輔系統雙向實時收發及時互相通信。主系統安裝于輸煤程控一端PLC系統中，輔系統安裝于600m以外斗輪機設備PLC系統中，主系統將輸煤程控中的啟動堆料、啟動取料、停機信號、通過無線傳輸形式傳輸到輔系統并實現對斗輪機的控制；同時，斗輪機PLC輔系統的控制信號收集堆料運行、取料運行、變壓器溫度高報警、變壓器溫度高高跳閘聯鎖等信號，并把本端的工作狀態信號實時傳給主系統。該設備的主輔系統具有無線雙向控制功能，兩臺配對使用主系統設備和輔系統設備相互控制，輸入狀態控制對方設備的輸出，設備具有自診斷功能、檢測對方設備是否在線、故障輸出報警等功能，具有配置簡單、使用方便、實用性強、性能穩定等性能。

4 輸煤程控與斗輪機監控數據傳輸結構

4.1 原設計數據通訊結構

輸煤程控與斗輪機控制均采用PLC系統控制，斗輪機的運行需要與輸煤程控進行通訊的信號有啟動堆料、啟動取料、停機信號、堆料運行、取料運行、變壓器溫度高報警、變壓器溫度高高跳閘等一系列控制及連鎖點?？刂泣c的通訊采用扁平控制電纜連接，在斗輪機的移動過程中，斗輪機巻纜系統中的卷盤電機帶動卷盤對扁平控制線進行收放，實現移動過程中信號穩定傳輸的目的，示意圖如下圖（一）所示。