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工业无线通讯在大型机械设备上信号采集的应用

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一、       前言

现代电子技术和通讯技术在大型钢铁企业上的应用,使得远程监控以及无线控制技术在行业上得以充份的应用实现。本文探讨赛远工业无线网络产品在大型机械设备工作中信号的采集方式、处理方式、远程传递,以及在工程上遇到的若干问题。无线网络技术的应用能大大提高工程机械工作时的安全系数,为安全施工提供有利条件,使得起重机复杂操作得以实现。

现代电子技术和通讯技术在大型钢铁企业上的应用,使得远程监控以及无线控制技术在行业上得以充份的应用实现。本文探讨赛远工业无线网络产品在大型机械设备工作中信号的采集方式、处理方式、远程传递,以及在工程上遇到的若干问题。无线网络技术的应用能大大提高工程机械工作时的安全系数,为安全施工提供有利条件,使得起重机复杂操作得以实现。

 

二、       应用概述

某钢铁股份有限公司型钢烧结原料场共有7台堆取料机,担负着储存、输送烧结原料的重要任务。堆取料机与中控室的信号连锁采用滑触线传输,但最近运行时,经常出现地面输送皮带与堆取料机联锁信号中断,造成皮带压料、烧坏电机等故障,严重影响正常的生产。据统计,滑触线故障率占堆取料机总故障的70%,这已经成为制约堆料、取料正常运行的瓶颈。

 

三、       问题分析

目前,各大钢铁公司原料场堆取料机与地面的通讯传输方式分为有线传输和无线传输两种。有线传输一般采用多芯通讯电缆、电缆卷筒或者滑触线。电缆卷筒配用的力矩电机容易损坏;通讯电缆抗拉强度低易拉断;滑触线通讯属于有触点通讯,堆取料机常年运行导致轨道地基下沉不均,轨道安装不直,滑触线随着皮带机支架产生的震动,以及滑线安装误差等原因,使得滑触线扭曲变形,集电器支架变形,集电器脱落,导致碳刷与滑线经常接触不良,自动连锁信号时断时续,地面控制失灵。另外,电缆长期裸露室外,腐蚀磨损严重,绝缘遭到破坏。

 

四、       改造方案

面对以上棘手的问题,近年来,随着无线通讯技术的进步和网络技术的发展,无线通讯传输方式以其操作简单、无后续维护成本、稳定可靠、优良的性能价格比得到迅速发展。 目前WIFI、蓝牙技术等工业高频无线通讯技术都发展得较成熟,在可对视和天气良好的情况下,信号稳定可靠,但遇到中间有障碍物阻挡或者阴雨天的水雾形成的阻挡,高频微波被吸收得比较多,而且高频的特性决定了不能进行衍射,所以只能做好信号更加密集的覆盖才能完成该系统,由此产生的造价过高。赛远的工业无线通讯产品,采用433MHz低频段,每两个通讯模块之间,可对视的时候,最远可以达到10000的通讯距离,中间即使有一些障碍物和金属物体,由于无线通讯模块具有衍射和折射信号的能力,也能进行正常的通讯。

结合本地原料场的特点:堆取料机数量多,分布较集中,在混匀配料室(中控室)配置为:

赛远工业网络无线通讯模块SY-WT6 

可编程控制器PLC S7-224

组态软件WinCC V6.0

每个堆取料机的配置:

赛远工业无线数字量通讯模块SY-RDIO  8DI/8DO

通过自由口协议,组成一个几百米的无线通讯网络,实现中控室与堆取料机之间的通讯,从而实现连锁控制信号的实时、可靠、有效地传输。

 

五、       无线产品方案实施

中控室向堆取料机传送允许堆料、允许取料、主皮带已运行、要求停车4个开关量信号。堆取料机向中控室传送已开始堆料、已开始取料、向主皮带开始放料、已停车、操作员求助5个开关量信号。

主站通过PLC的自由口编程,通过SY-RDIO内置的协议,对每个堆取料机进行通讯,采集和控制,协议内置了CRC-16校验机制,保证数据的准确性,每个从站的数据对应到主站的一块地址空间,由主站进行主动轮询进行收发。

7个从站的一次轮询时间在正常的情况下,为80ms左右,也就是1秒钟有12次的数据更新,对于堆取料机来说,已经完全满足要求。

 

六、       示意简图和说明

 

 

 

 

方案示意图

 

 

 

现场安装图片

 

安装于取料机上SY-RDIO

     安装在堆料机操作室内的SY-RDIO及外置天线

码头堆现场示意图

七、       结论

经过现场一年多的使用,解决了大型堆取料机与地面皮带布线障碍或是在室外工作的限制,在现场使用的无线通讯频段,由于占用带宽只有几十K,误码率极低,保证了数据传输的稳定和准确性,赛远的工业无线通讯模块使用稳定,使堆取料机与地面皮带的连锁控制实时、有效、可靠,并大大降低了设备的维修费用和备件费用,创造了良好的经济效益。

 

 

八、       产品性能说明

 

1.      工业无线通讯模块SY-WT6

 

SY-WT6是一款工业等级的无线编程通讯模块,支持西门子S7-200S7-300S7-400系列PLC、施耐德PLC、三菱PLC、以及变频器、HMI人机界面等和上位机的无线数据通讯,S7-300S7-400需要加相应的RS232/485通讯模块CP340/CP341/CP441等模块,能适应各种点对点、点对多点的无线数据通信方式,具有通过无线方式完全隔离现场危险信号,收发一体、安装方便、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点。

 

SY-WT6支持三菱的FX系列PLC通过SC-09或者232-BD板扩展口,进行无线编程和通讯。

SY-WT6也支持标准的MODBUS协议,包括MODBUS ASCII协议和MODBUS RTU协议。

SY-WT6系列无线数传模块提供高稳定、高可靠、低成本的数据传输,它提供了丰富的外围接口,具有安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、大范围覆盖等特点,适合于点多而分散、地理环境复杂等应用场合,可广泛应用于水文、油田、电力、交通、气象、环保、保安、银行、税务、报警、GPS定位信息回传、GIS 等领域的监控、采集数据的实时传送,满足客户对于数据实时性、准确性的要求,大大降低人员劳动强度和企业运营成本。 

 

特点:

ü        GFSK调制,高效前向纠错信道编码技术 

ü        软件无线电技术保证高抗干扰能力和低误码率 

ü        ISM 频段433MHz,提供8个信道 

ü        射频输出功率500mW1W2W5W 

ü        高接收灵敏度 -120dBm

ü        标准串口协议,透明的数据传输 

ü        2种串口电平:RS232RS485

ü        可以直接代替有线的RS485 

ü        多种产品规格适应于不同的传输距离

ü        工业环境标准: -20~65 

ü        直流24V供电,电流40~2000mA 

2.      业无线数字量模块SY-RDIO

赛远研制生产的SY-RDIO是一款工业等级的无线输入输出(IO)通讯模块,可以采集和输出开关量,和上位机进行无线数据通讯,或者经过无线还原为原来的开关量信号,能适应各种点对点、点对多点的无线数据传递方式,具有通过无线方式完全隔离现场危险信号,收发一体、安装方便、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点。

SY-RDIO可广泛用于各种数字量的数据的远程无线采集、控制系统之中,是传统有线IO通讯系统的更新换代产品。

ü       载波频率: 433MHz 工业科学医疗(ISM)频点(也可选用230MHz频段); 

ü       可以和具有多种可选的通讯接口的SY-WT6配套作为数据采集信号传输:RS-232RS-485

ü       8个通讯信道,也可根据客户要求扩展; 

ü       传输数率:960019200bps 

ü       数据格式:8N1/8E1/8O1 

ü       根据对外接收传输的开关量的点数和输入输出而型号不同;

ü       收发一体,半双工工作模式; 

ü       低功耗,并具有休眠功能; 

ü       工作温度:-35  +75(工业级) 

ü       天线阻抗:50Ω(标配为SMA,可定制); 

ü       符合EN 300220 and ARIB STD-T67标准。 

ü       内部采用进口功放模块,发射功率可调(0.01~5W),视距可以达到10Km 

ü       数据信号带前向纠错功能,误码率极低; 

ü       SMT工艺、安装方便; 

ü       大功率时,内置散热片。

 

九、       赛远简介

深圳市赛远自动化系统有限公司专业致力于工业自动化网络通讯技术的产品研发、市场和销售。

 赛远自动化在工业网络通讯的有线、无线,远程、近程,宽带、窄带传输以及各种自动化设备系统的互联互通上,提供从上位机软件、上位机到交换机、PLCHMI、仪表等系统工业网络通讯的一站式服务。 

赛远自主研发的工业通讯SY系列产品,结合最为先进的自动化技术,IT计算机通讯技术,无线通讯技术,研发出了具有工业等级的两大系列产品,远程通讯和无线通讯,主要包括自组网无线通讯SY-S72\SY-WT6\SY-RIO等产品,工业无线遥控系统SY-WR8,串口转以太网设备SY-NC2\SY-NC4\SY-NC5等,公共移动网络距离传输SY-GPRS\SY-3G等,基于Internet的远程通讯模块SY-RSCM系列和工业远程通讯软件SY-RCS等。

赛远研发的工业等级的无线产品广泛用于工程机械、风力发电、娱乐、水泥搅拌站、水处理原水泵站、水处理的刮泥机械、港口机械、粮站、隧道、灌溉设备、灌装机、铝材设备、物流仓库、油井控制、换热站供热采集、水文水资源测报系统、雨情雨量测报系统、电参数无线测控系统、环境监测及公交等网状系统的无线测控。

凡是移动的设备,需要进行和地面站进行通讯的场合,均可以选用赛远的无线通讯模块;

-->   沥青搅拌站、水泥搅拌站采用了S7-200 PLC,上位机可以通过无线PPI的方式直接读取S7-224CPU

-->   水厂自动化系统中,原水泵站和水厂自动化中控室之间的通讯,滤池上的刮泥机控制系统和主控站系统之间的通讯,出厂水恒压控制和主控系统之间的通讯;

-->   起重机上的PLC控制站同步进行工作;

-->   在光纤生产设备上,在旋转灌装机上,取代原有的滑速线和碳刷;

-->   在电镀槽上的移动抓取机械手上,取代拖曳电缆等有线数据传输的最佳选择;

-->   汽车总装线上的自行小车,需用PLC无线通信模块,以取代现用的滑触线通信;

-->   在物流系统里面,原采用激光通讯的场合,用赛远的无线通讯模块将方便地进行绕射;

-->   工厂的整体监控,包括压力,温度,流量,电能等数据,从各个车间采集到中控室,可以采用赛远的无线解决方案;

-->   楼宇监控应用,如在楼顶的水塔和水位的控制,直接连接到控制室,或者是楼上和楼下的通讯;

-->   粮站等远距离的监控;

-->   油井平台上的自动化系统控制

-->   。。。。。。

赛远的工业通讯产品,已经成功通过了和西门子、施耐德、三菱等国际著名品牌的控制系统的通讯测试,在各个不同的行业中得到广泛应用,如重型机械、环保行业、物流系统、矿山机械、灌装机械、汽车制造、水泥生产、电子设备制造、石化、供热、电力等。同时也和国内外的知名工控厂家如西门子Siemens、雅迪Harting、易控、威纶、科洛理思等建立了紧密的合作关系。

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