基于无线通讯技术的斗轮堆取料机远程控制系统

基于无线通讯技术的斗轮堆取料机远程控制系统

王忠宝1金太山2

（广东国华粤电台山发电有限责任公司）

【摘要】利用无线通讯装置建立火电厂煤场中的斗轮堆取料机PLC控制系统与中控室操作台PLC控制系统的无线以太网通讯数据传输，操作人员在中控室操作台上给远程设备发送指令，远程操作斗轮堆取料机的堆料和取料作业。

【关键词】斗轮堆取料机远程控制无线通讯以太网协议PLC

引言

斗轮堆取料机作为主要的散料装卸设备被广泛的应用于电厂、港口、钢厂等行业，其高效的装卸能力为企业的经济发展作出了极大的贡献。经过三十多年的发展，由于受到斗轮机生产厂家的电控设计水平限制以及料场作业管理条件差等因素，操作人员一直沿用在现场驾驶室采用“手动”或者“半自动”模式进行作业。出于安全性和生产效率的考虑，大部分业主甚至摒弃“半自动”模式，只允许操作人员“手动”作业。

广东国华粤电台山发电厂煤场有4台斗轮堆取料机，每台斗轮堆取料机上设独立操作司机室，内设触摸屏操作终端和视频图像监控终端，斗轮堆取料机现采用操作人员现场操作、人工驾驶的方式进行堆、取料作业。由于操作人员的作业水平参差不齐，导致取料流不稳定影响作业计划。另外连续长期的作业也导致操作人员作业疲劳，给设备的运行带来安全隐患。更为重要的原因是现场作业环境太差，粉尘以及噪声等都对操作人员的职业健康造成了极大的损伤。

基于提高作业效率、降低劳动强度、改善作业环境的需求，本着“科技强厂、以人为本”的公司理念，有必要对现场的设备进行自动化程度改造，确保斗轮堆取料机具备远程控制条件，而改造的关键就是现场斗轮堆取料机与中控室的通讯路径。

问题现状及分析

我公司煤场有各布置于5条平行轨道上的5台斗轮堆取料机，根据现场实际使用情况需要对4台斗轮机进行控制系统升级改造。每台斗轮堆取料机沿着轨道大车前行。斗轮堆取料机上安装有控制电缆卷筒，控制卷筒上盘绕一根12芯的控制柔性电缆。中控室主要以控制电缆“点对点”的方式与斗轮堆取料机建立信号连锁，二者相互之间只能传输简单的硬节点开关量信号，而且因为控制电缆芯数的限制，开关量信号数量很少只能满足简单的程控启停连锁要求。我们初步方案是通过控制卷筒增加光缆耦合器以及控制电缆芯线中增加光缆从而改变现场斗轮堆取料机与中控室的通讯路径。由于斗轮机是移动的设备，机上的控制电缆必须借助于电缆卷盘才能正常工作。大车运行的时候，卷盘跟随大车机构一起同步动作，控制电缆经常会被拉拽扭曲变形甚至被拉断，电缆故障率较高，因控制电缆线损坏会引起故障停机，严重的时候会造成人员伤亡或重大的财产损失。另外控制卷盘电机在工作中故障率较高，卷盘故障会导致设备故障停机，从而导致控制信号不稳定，影响生产，严重时还会造成短路，烧坏设备。更为重要的一点是初步方案涉及的改造内容比较多，如需要整体更换控制卷筒、整体更换控制电缆、光缆熔接等，因此导致方案的成本以及改造时间周期大大增加，不利于项目的立项和顺利实施。

根据斗轮堆取料机是移动设备的特性，我们改造技术团队经过多次讨论，并向兄弟单位考察取经论证后决定使用无线通讯系统作为设备远程控制系统的通讯路径改造的首选方案。因为无线通讯系统具有以下优点：

（1）免维护：无线通讯系统不像控制卷筒一样会受到设备移动的影响，安装完成后，免维护，安全可靠，性能稳定。

（2）改造成本低：控制卷筒和控制电缆采购成本高，且有由于电缆损坏需更换的重复费用的隐患。无线通讯系统经济实用性和易于操作性，易于管理和维护，易于用户掌握和学习使用，一次投入，无其他费用，且终身受益。

（3）安装方便：无线通讯系统主要由接收发送器和天线组成，可以集成在控制箱内，只需要安装控制箱，安装工作量小、方便。

（4）可靠性：无线通讯系统具有全天候使用，防水，防尘，防酸，抗振动，抗冲击，抗强电磁环境等出众的高稳定性的特点，其环境防护等级高达IP68。能够保证在恶劣的环境中，如大风、雷雨气候等正常运行

改造方案分析与设计

A、系统分析

根据实际需求，现场共计16台摄像机，每台摄像机8Mbps带宽，加上每台斗轮机上的PLC数据，需总带宽约130Mbps，现场防护栏外铺设有光纤，可在防护栏上通过中继汇聚到光纤。

（1）为了保证网络的流畅性，将4台斗轮机的数据分成2组回传到中继点。

（2）为保证系统的稳定工作，设备必须具有很强的抗电磁干扰能力。采用屏蔽特性良好金属机壳，同时设备应该具有一定的避雷能力。

（3）系统使用专用管理软件，在控制中心对分布广泛的众多设备进行集中统一管理，及时发现问题并迅速解决，降低维护和运行成本。

（4）由于无线信号的媒介开放性，要求无线网络有较高的安全、加密保护性，防止非授权设备接入无线网络。

基于以上多方面分析，本方案采用的无线设备，具有组网简单，传输稳定，易于管理运维的优点。

B、设计思路

（1）由于施工现场无线信号较多，为减少干扰，本系统采用工作频段为5.8GHz的网桥进行传输；

（2）考虑斗轮机上整体带宽过高，建议分成2组点对二进行回传；

（3）斗轮机工作过程中会进行短距离的运动，为满足传输效果，斗轮机和防护栏上的网桥均使用全向天线。

C、无线组网说明

考虑到负载及覆盖效果等因素，将4台斗轮机的视频数据和PLC数据分成2组回传到防护栏，即斗轮机上的网桥采用2组点对二与防护栏上的网桥连接，然后接到防护栏底部光纤。

连接示意图如下：

如上图所示，每台斗轮机上1台网桥，防护栏上2台网桥，共计6台网桥。

因为一路视频监控需要带宽为8Mbps，要保证网络流畅就需要预留一定的带宽余量，故在防护栏上组成2组点对二（设备理论带宽90Mbps可用）。所以项目中在防护栏上使用了两套基站做为接收设备。

本项目在斗轮机和防护栏上使用的均为分体式无线网桥NAA6522，斗轮机上采用全向天线进行无线覆盖，防护栏上采用双极化扇区天线进行无线覆盖。

结论

经过6个多月的设计、采购、安装、调试等工作，我公司4台斗轮堆取料机远程控制系统已经投入运行，信号传输稳定，中控室具备远程操作现场设备的硬件和软件条件。通过斗轮堆取料机远程控制系统的升级改造，解决了现场设备与中控室只有“点对点”的硬回路控制电缆的单一联锁模式，同时增加了以太网数据总线的通讯协议，现场与中控室建立了总线式传输的链路条件，不仅仅可以传输PLC数据，还可以传输视频、音频等数据，从而建立了中控室与现场斗轮堆取料机全方位的数据采集和传送。

基于无线系统的稳定运行，我们了解和认可了无线通讯系统，积累了宝贵的无线通讯系统实施工作经验。接下来的工作重点我们将把无线通讯系统向其他设备如卸船机、皮带机等设备的信号采集、通讯连锁等应用进行推广，给运行和检修人员带来极大便利性的同时，也大大提升公司设备的自动化技术条件，让公司的管理水平更上一层楼。

参考文献:

[1]邵明亮，于国飞，耿华.斗轮堆取料机[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]AX980011AN无线设备用户手册.美国艾克赛尔公司，2016.