无线通信在球团原料场的应用|球团和烧结原料的差异
时间：2019-04-13 04:24:57 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要 本文结合烧结厂球团原料场堆、取料机与可编程PLC之间的机－地通信通讯方式，分析了堆、取料机与可编程PLC之间原有线通讯系统存在的主要问题，介绍了PLC无线通讯方式的特点，该系统是利用无线通信的原理来传递数字量（开/关量），以达到远程通信的效果，实现球团原料场堆、取料机与PLC之间机——地通信的一种有效方式，方法简便易行，且十分经济。
关键词 无线通信 堆取料机 通讯装置
PLC在工业企业中的广泛应用，为工业自动化带来革命性的影响。PLC的通讯组网更加使得用户从多个单一的设备转化为一个有机的协调的自动化系统。大多数PLC都提供通讯接口，因此PLC的组网本身并不困难。但是对于频繁远距离移动设备，例如烧结厂堆、取料机PLC与地面传送设备PLC之间的通信则是一个技术难题。
堆、取料机是烧结厂球团原料场的重要设备。在球团原料场有一台堆料机、一台取料机、一台堆取合一。堆料机将二次料场提供的混匀矿堆放在球团原料场上，由取料机供给球团车间生产球团矿，堆取合一将球团车间生产的成品球团矿堆放在成品料场上，在高炉需要时提供。由于堆、取料机是大型移动设备，各堆、取料机均需要与地面联系（我们称之为堆取料机的机－地通信），传递机上悬臂胶带机与地面胶带机的运行信号，使系统流程能够集中控制，实现机上悬臂胶带机与地面胶带机的联锁，以及在上位监控计算机的画面上显示设备状态。这些信号对于现代化生产组织是必不可少的，对于生产组织以及避免设备或生产事故的发生有着重要作用。
一、有线通讯系统存在的主要问题
由于原设计采用有线通信，各堆取料机与地面胶带机的联锁信号（AC220V开关量信号）都必须通过控制扁电缆及相应的电缆卷筒、力矩电机、控制变频器、过张力保护装置才能送到地面电气室。自球团车间投产以来，堆取料机的机－地通信故障频繁，这个问题一直是严重影响堆取料机正常生产组织及设备的日常维护，不能实现原设计的控制功能，特别是在雨季，通信扁电缆两端感应电压接近200V, 经常使继电器错误吸合，发出误信号。特别是当机上胶带机或地面胶带机停机后，继电器仍然保持吸合状态，不能让上游设备停机，造成下料漏斗堵塞或胶带机压死、漫料的事故，影响正常的生产组织。同时也存在着当发生人身或设备事故时，不能及时停机的严重安全隐患。由于卷缆装置复杂，故障多，保护装置易发生误动作，增加了维护人员的维护量。且通信扁电缆寿命短等原因。严重制约了烧结厂的生产组织及流程程序化作业。
由于堆取料机是大型移动设备，各堆取料机均需要与地面联系（我们称之为堆取料机机－地通讯），传递机上悬臂胶带机与地面胶带机的运行信号，使系统流程能够集中控制，实现机上悬臂胶带机与地面胶带机的联锁，以及在上位监控计算机的画面上显示设备状态。这些信号对于现代化生产组织是必不可少的，对于生产组织以及避免设备或生产事故的发生有着重要作用。但是，由于原设计采用有线通讯，各堆取料机与地面胶带机的联锁信号（AC220V开关量信号）都必须通过控制扁电缆及相应的电缆卷筒、力矩电机、控制变频器、过张力保护装置才能送到地面电气室。自综合原料场投产以来，堆取料机的机－地通讯故障频繁，这个问题一直是困扰堆取料机正常生产组织及设备维护的痼疾。不能实现原设计的控制功能，在雨季，通讯扁电缆两端感应电压接近200V，经常使继电器错误吸合，发出误信号。特别是当机上胶带机或地面胶带机停机后，继电器仍然保持吸合状态，不能让上游设备停机，造成漏斗堵塞或胶带机压死、漫料的事故，影响正常的生产组织。同时也存在着当发生人身或设备事故时，不能及时停机的严重安全隐患。卷缆装置复杂，故障多保护装置易发生误动作，增加维护人员的维护量。且通信扁电缆寿命短等原因。严重制约了烧结厂的生产组织及流程程序化作业。
鉴于有线通讯存在的以上问题，我们决定将堆取料机的机－地通讯改为不用通讯扁电缆传输信号的远程通讯。通过多方查询，并进行了大量的可行性分析后，决定采用澳大利亚阿波罗（ELPRO）公司生产的E105U遥测模块组成远程通讯网，配合综合原料场已有的Modicon PLC MB+网，传输8台堆取料机相关的连锁信号，取消原来的控制扁电缆及相应的电缆卷筒、力矩电机、控制变频器、过张力保护装置等设施。
二、E105U通讯系统在球团原料场中的应用
（一） E105U遥测模块简介
E105U无线遥测模块是一个可替代电缆安装的低价位遥测模块。它可以使用无线电波将数字量(开关、触点)、脉冲量和模拟信号进行连接。除了无线通信，E105U模块还提供RS485接口，可用多芯双绞线与E105S系列模块相连，实现有线通讯。E105U系列无线遥测模块装于一高强度压制铝盒中，有一个插头式的端子插座，安装、接线和维修方便。装置具有容易使用和安装简便的特点。
E105U的输入、输出信号都经过光电隔离，抗干扰能力强，能适应较恶劣的工业环境。它的信号传输使用CRC错误校验，传输协议可靠，即使存在一定外部干扰，也可以保证正确通讯。每一个模块都具有一个无线收发器，在传输频道空闲时才向目标模块传输信息。在目标模块收到信息后，它要检查信息的有效性，然后返回一个应答信号。如果源模块没有收到应答信号，源模块就再传四次。利用这种简单可靠的通讯协议，可以保证可靠的传输信息，甚至在噪声较大的环境中它也能可靠工作。
E105U采用实时通讯。当输入信号改变时，E105U就传输资料。即数字量(开关、触点)状态从关到开或当模拟输入值的变化量超过预先设置的值时，105U才传输资料。E105U工作在500MW时，通迅距离最大为10公里，工作在100MW时，通迅距离最大为5公里。E105U模块在组网时，每个模块都可以设置一个系统地址和一个单元地址，保证每一个模块在网络中都有一个唯一的地址。E105U提供的是实时通信，没有记录系统E105U也可以定期改变传输信息来检查输入值和通信路径的完整性。
（二）系统框图 （三）系统工作原理
根据综合原料场的实际情况，确定的系统方案图见图2。这个方案采用10只E105U模块组成一个远程通讯网，每只模块都设定了独立的地址。由于一个E105U模块只有4个I/O信道，这个方案在综合原料场中控室安装了2只E105U模块，每个模块分别对应4台堆取料机。各台堆料机上的E105U模块与中控室E105U模块的最远直线距离不足700米，可以保证各台E105U的正常通讯。
安装在料场中控室的2＃、7＃模块通过PLC MB＋网上的6＃节点输入、输出模块（B809、B808）与MB+网上的PLC或上位监控机通讯，完成系统联锁信号的的传输，以及上位监控计算机的设备状态画面显示信号。各台堆取料机上分别安装1只E105U模块。每个模块通过机上PLC I/O点与机上PLC通迅。
系统工作时，中控室1＃、7＃ E105U模块将收到的机上E105U模块发送来的悬臂胶带机运行信号通过MB＋网6＃节点PLC输入点送入MB+网，并将来自6＃节点PLC输出点的集中起动堆取料机悬臂胶带机的信号发送出去；堆料机上的E105U模块，接受来自机上PLC输出点的悬臂胶带机运行信号，并发送出去，将收到的连锁起、停悬臂胶带机的信号通过机上PLC 输入点送入机上PLC。
（四）堆料机工作工程
启动悬臂皮带时，KA继电器吸合发出信号到机上E105U，E105U接受到信号时，传输到中控室，由中控室E105U接收到信号送到6#节点PLC。中控监控机接收到信号启动上游流程。
（五）取料机工作工程
当中控室启动地面皮带时，传送一个信号到中控室E105U，当E105U接收到后发送信号到取料机上E105U。当E105U接收到信号后，送入机上PLC取料机允许工作，取料机启动开始工作。取料机启动时KA继电器吸合发出信号到机上E105U，E105U接收到信号时，传输信号到中控室由中控室E105U接收到信号传送到6#节点PLC上。
三、效果分析
使用通讯装置一年来后，效果明显。经过改造后，因堆取料机机－地通讯不正常而影响生产的时间大为减少。由于堆取料机机－地通讯能可靠的传输系统联锁信号，消除了以前因通讯不正常，存在的生产、设备及人身事故隐患。由于取消了电缆卷筒、力矩电机、控制变频器,所以降低了材料备件成本。经过改造后，事故停机减少，便于原料场生产组织。 降低了设备的检维修量，因远程通讯运行中不需要监护，降低了操作工人的工作强度。
四、结束语
使用远程通讯技术，替代长距离电缆传输信号，在国内是比较新的技术应用。现在使用的E105U组成的远程通讯网，很好的解决了综合原料场8台堆取料机与地面胶带机联锁的机－地通讯问题。但是一只E105U模块只有4个I/O信道，现在只做到了传输连锁信号，而不能传送堆取料机在料条上的位置，以及俯仰、回转角度等数据，离全面监控堆取料机运行情况，实现堆取料机的无人操作还有一定距离。
参考文献：
[1]长沙中源电气公司.PLC-NET移动设备软连接通讯装置用户手册.
[2]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京.电子工业出版社.2004.8
