無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在渣緩冷場控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐兆超

（銅陵有色冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000）

隨著現(xiàn)代化高速發(fā)展的步伐，計算機技術(shù)、電子技術(shù)、生產(chǎn)加工技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展也是突飛猛進，工業(yè)自動化測量系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展亦是日新月異，其可靠度和功能性也是大大提高。但隨著這種前進的步伐基于有線網(wǎng)絡(luò)的測量系統(tǒng)技術(shù)也體現(xiàn)出自身的不足之處，特別是在惡劣環(huán)境的施工現(xiàn)場或是高溫、易腐等的環(huán)境中更加體現(xiàn)出有線測量系統(tǒng)技術(shù)的弊端；而且有線網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)的投資成本大、維護不方便，不利于成本回收等。因此無線電通訊測量系統(tǒng)技術(shù)更能適應(yīng)現(xiàn)今工業(yè)自動化領(lǐng)域的測量，因為其具有組網(wǎng)靈活、擴展網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)，維護方便、投資成本小等優(yōu)勢，這也是無線通訊技術(shù)逐步替代有線通訊技術(shù)的原因。本文主要闡述渣緩冷場噴淋系統(tǒng)中無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應(yīng)用。

1 無線傳輸技術(shù)介紹

無線傳輸系統(tǒng)可分為公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸和專網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。

公網(wǎng)無線傳輸：GPRS，2G，3G，4G，5G等；

專網(wǎng)無線傳輸：MDS數(shù)傳電臺，WiFi，ZigBee等。

考慮到工業(yè)中的無線數(shù)據(jù)傳輸，都是采用的專網(wǎng)無線傳輸，且本文主要討論的是MDS數(shù)傳電臺。

MDS數(shù)傳電臺無線傳輸系統(tǒng)采用DSP、前向糾錯編碼、軟件無線電、數(shù)字調(diào)制，相干解調(diào)，Virterbi譯碼，均衡軟判決和表面貼片一體化設(shè)計等技術(shù)，提供高性能、高可靠，高穩(wěn)定的無線電臺。電臺提供標(biāo)準(zhǔn)232接口可直接與計算機、GPS接收機控制板連接。25Khz信道間隔空中數(shù)據(jù)傳輸速率為19200bps，10-6誤碼靈敏度-111dBm，收發(fā)轉(zhuǎn)換時間在7ms以內(nèi)，電臺其它指標(biāo)亦符合信息產(chǎn)業(yè)部的要求。

MDS數(shù)傳電臺可以與PLC、RTU等數(shù)據(jù)終端相連接。

2 應(yīng)用背景

渣包噴淋冷卻是冶金企業(yè)的一個重要工藝流程，在先前的多數(shù)企業(yè)中均采用的是有線控制，在實際運行過程中主要存在以下幾點問題：

①、渣包分布以及周圍冷卻設(shè)施分布范圍較大，考慮到渣包車通道影響，需要埋地敷設(shè)或者繞路架橋架敷設(shè)，施工難度大、成本高，也不便于今后的故障維修；

②、渣包車司機無法實時監(jiān)控到各渣包冷卻狀態(tài)，僅能通過對講機溝通，效率低，且存在運行隱患；

③、所有運行數(shù)據(jù)均需人工記錄，不便于生產(chǎn)的管控；基于以上幾點，針對我廠的渣緩冷場噴淋控制系統(tǒng)，采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

本系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、 5個車載系統(tǒng)和1個渣緩冷場回水控制系統(tǒng)組成。采用電臺無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的遠距離傳送，結(jié)合先進的可編程控制技術(shù)和數(shù)據(jù)庫存儲方案，對各車載數(shù)據(jù)以及回水場數(shù)據(jù)實施分析處理并通過數(shù)據(jù)庫實時存儲，以供現(xiàn)場或相關(guān)部門參考查看。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

3.1.1 主站系統(tǒng)

接收處理來自回水場、車載系統(tǒng)存/取渣包的數(shù)據(jù)信息，并與中央 DCS進行實時通訊，同時 DCS根據(jù)現(xiàn)場緩冷工藝要求對相關(guān)數(shù)據(jù)進行運算處理，寫入主站數(shù)據(jù)處理單元，之后由主站向回水場以及各個車載發(fā)送數(shù)據(jù)進行實時更新。

3.1.2 回水場系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要由控制裝置與無線數(shù)據(jù)傳輸裝置構(gòu)成，控制裝置由西門子 S7-300系列 PLC及其模塊組成，無線數(shù)據(jù)傳輸裝置由無線發(fā)射電臺與吸盤天線組成。其中無線電臺與控制裝置進行有線通訊，通訊方式為 profibus，接口方式：RS232，通訊模塊為 CP341。

3.1.3 車載系統(tǒng)：

由車載操作觸摸屏與數(shù)據(jù)傳送處理單元組成，渣車司機通過操作屏對站點“就位/倒包”進行操作，同時接收主站發(fā)送的各渣包站點狀態(tài)數(shù)據(jù)，并實時更新渣包站點狀態(tài)畫面。當(dāng)存/取包時，設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)，并等待主站查詢。當(dāng)主站查詢到本站時，發(fā)送存/取包數(shù)據(jù)。

3.2 系統(tǒng)特點

3.2.1 可靠性高

系統(tǒng)采用了最可靠的數(shù)據(jù)處理器和無線數(shù)字傳輸電臺。工業(yè)化設(shè)計、性能可靠、故障率低，抗震動、耐腐蝕、抗干擾能力強。

3.2.2 功能齊全

A、車載觸屏式按鍵操作，傳輸、通訊狀態(tài)指示；

B、車載畫面組態(tài)簡潔明了，站點分區(qū)域顯示，站點狀態(tài)實時更新；

C、設(shè)計有空位、空冷、水冷、待倒、故障等狀態(tài)顯示，便于操作人員查看現(xiàn)場站點狀態(tài)；

D、設(shè)計有車輛編號、駕駛員編號（可手動輸入），方便用戶生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總；

E、系統(tǒng)設(shè)置了對現(xiàn)場手動、自動控制方式，對回水場進行全方面多元化的遠程控制；

F、數(shù)據(jù)采集變化趨勢圖，可直觀反映現(xiàn)場狀態(tài)，同時方便用戶生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總。

4 無線通訊系統(tǒng)原理

本無線傳輸系統(tǒng)是由5套車載系統(tǒng)、1套回水場控制系統(tǒng)和1套主站系統(tǒng)組成，實現(xiàn)對渣包緩冷現(xiàn)場閥門及現(xiàn)場渣包狀態(tài)的監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、傳輸準(zhǔn)確平穩(wěn)。

4.1 系統(tǒng)總體原理圖

如上圖所示。本系統(tǒng)由5個車載系統(tǒng)、1個回水系統(tǒng)和一個主站系統(tǒng)組成。

車載系統(tǒng)負責(zé)對渣車渣包就位、倒包站點狀態(tài)信息的實時發(fā)送，通過無線方式傳送至主站接收系統(tǒng)，同時接收來自主站系統(tǒng)對各個站點狀態(tài)信息的廣播。

車載系統(tǒng)接收到來自主站發(fā)布的現(xiàn)場信息，由車載操作終端顯示。渣包車司機可以通過操作終端來判斷每個緩冷站點的狀態(tài)，便于及時方便的實現(xiàn)渣包就位、倒包操作。

渣緩冷回水控制系統(tǒng)負責(zé)對回水場狀態(tài)信息實時發(fā)送，通過無線方式傳送至主站接收系統(tǒng)。主站接收系統(tǒng)根據(jù)中央DCS系統(tǒng)要求向回水控制系統(tǒng)發(fā)送回水場控制數(shù)據(jù)。

主站系統(tǒng)與中央 DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，由 DCS系統(tǒng)就回水場控制系統(tǒng)、各個車載（渣包車）所傳送的狀態(tài)信息及工藝的設(shè)計要求，實現(xiàn)對現(xiàn)場站點閥門、渣包狀態(tài)的監(jiān)控，同時將現(xiàn)場狀態(tài)數(shù)據(jù)寫入主站系統(tǒng)。

4.2 主站系統(tǒng)

4.2.1 系統(tǒng)組成

如上圖所示，主站系統(tǒng)由數(shù)傳電臺、天線、數(shù)據(jù)處理器等組成。接收來自各個車載系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與 DCS數(shù)據(jù)通訊。

4.2.2 DCS通訊連接

本系統(tǒng)采用西門子 S7-200系列 PLC與中央 DCS實現(xiàn)modbus通訊方式連接，進而實現(xiàn) DCS對 PLC的數(shù)據(jù)實時讀寫操作。

4.3 車載系統(tǒng)

4.3.1 系統(tǒng)組成

如上圖所示，本系統(tǒng)有 5套車載裝置，分別安裝于渣包車駕駛室，每套裝置都由數(shù)傳電臺（包括天線）、數(shù)據(jù)處理器和操作顯示器組成。

4.3.2 DCS通訊連接

本系統(tǒng)采用三菱FX系列 PLC與中央DCS實現(xiàn)MODBUS通訊方式連接，進而實現(xiàn)DCS對PLC的數(shù)據(jù)實時讀寫操作。

4.4 回水場控制系統(tǒng)

4.4.1 系統(tǒng)組成

如上圖所示，回水控制系統(tǒng)由數(shù)傳電臺、天線、數(shù)據(jù)處理器等組成。接收來自主站系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與DCS數(shù)據(jù)通訊。

圖1 無線傳輸系統(tǒng)總體原理圖

圖2 主站系統(tǒng)組成

圖3 車載系統(tǒng)組成

圖4 回水場控制系統(tǒng)組成

4.4.2 DCS通訊連接

本系統(tǒng)采用西門子S7-300系列 PLC與中央DCS實現(xiàn)MODBUS通訊方式連接，進而實現(xiàn)DCS對PLC的數(shù)據(jù)實時讀寫操作。

5 應(yīng)用現(xiàn)狀以及前景

渣緩冷場無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)自使用以來，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定準(zhǔn)確，操作簡單，方便渣包車司機進倒包操作，提高現(xiàn)場工作效率，且運行故障率低，維護成本少。無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在整套渣緩冷場噴淋系統(tǒng)中應(yīng)用很成功。

前景：針對廠區(qū)內(nèi)經(jīng)常遭受雷擊，造成DP通訊損壞中斷，可以考慮利用無線通訊傳輸信號穩(wěn)定，故障率低等特點，應(yīng)用無線通訊技術(shù)取代現(xiàn)有DP通訊，確保DCS與子站通訊正常，可以最大幅度減少通訊故障，應(yīng)用前景廣泛。