（中材建設(shè)有限公司，河北唐山 064000）

摘 要：本系統(tǒng)采用無線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),，通過利用無線藍(lán)牙技術(shù)將工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行傳輸和交換。它不同于常規(guī)的無線技術(shù)需要將信號(hào)數(shù)字化,、編碼、壓縮,、打包,、調(diào)制,，轉(zhuǎn)換成可發(fā)送的格式后再通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，而是直接和工廠自動(dòng)化系統(tǒng)本身的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的上一級(jí)主站的通訊,。通過在水泥廠堆取料機(jī)上應(yīng)用此技術(shù),，聯(lián)鎖通訊信號(hào)傳輸方式從傳統(tǒng)的有觸點(diǎn)有線變?yōu)闊o觸點(diǎn)無線，達(dá)到了信號(hào)傳輸可靠,，維修費(fèi)用低,，最終為企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：無線Profibus-DP技術(shù),；堆取料機(jī),；移動(dòng)設(shè)備

Application of Wireless Profibus-DP Communication Technology in Reclaimer and Stacker
 (CBMI Construction Co., Ltd., Tangshan Hebei 064000)

Abstract: The wireless Profibus-DP Communication is used in the system. The system transmites and exchanges the data of factory automation control system Profibus-DP via wireless bluetooth technology. It isn’t the same as the routine wireless technology which needs to complete the process that the signals will be digital, encoded, compressed, packed, modulated and converted before transmition, but it direct communicates with the home site which is the top level of factory automation control system Profibus-DP network equipment. The transmission mode of the interlock signals will be wireless and no touch instead of routine mode with touch and control cable via the usage of the technology, and then the signal transmission is reliable, the maintenance price is little, it achieved obvious economic benefits for enterprise finally.
Key words: Wireless Profibus-DP Technology, Reclaimer and Stacker, Mobile Equipment

1  序言
        堆取料機(jī)是水泥廠用于原料及原燃料轉(zhuǎn)運(yùn)及均化的大型移動(dòng)設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到廠內(nèi)物流是否暢通,。目前,，水泥廠堆取料機(jī)上的供電及通訊主要是采用電纜卷盤方式，電源電纜及控制電纜分別有各自的卷盤,，中控室與堆取料機(jī)控制室之間的控制及聯(lián)鎖信號(hào)都是通過一根多芯的柔性電纜進(jìn)行通訊,，每芯電纜只能傳送一個(gè)開關(guān)量信號(hào)，不能實(shí)現(xiàn)大量開關(guān)量以及模擬量的傳輸,，同時(shí)由于滑環(huán)集電器自身結(jié)構(gòu)以及堆取料機(jī)卷盤拉力不均衡等原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)信號(hào)傳輸不穩(wěn)定甚至中斷等現(xiàn)象,，嚴(yán)重影響到堆取料機(jī)的安全性與可靠性,，傳統(tǒng)的通訊方式在實(shí)際運(yùn)行中普遍存在以下問題：
1.1 故障頻繁
        由于大車軌道安裝精度不高，運(yùn)行軌道不能精確的在同一軸線上,，電纜卷盤隨著堆取料機(jī)的移動(dòng)產(chǎn)生震動(dòng),，以及滑環(huán)集電器安裝誤差等原因，使得聯(lián)鎖和通訊集電器中的觸點(diǎn)變形破損,，滑環(huán)集電器的觸點(diǎn)隨電纜卷盤的旋轉(zhuǎn)而錯(cuò)位,，觸點(diǎn)的機(jī)械機(jī)構(gòu)松動(dòng)，導(dǎo)致接觸不良,。同時(shí),，由于堆場(chǎng)內(nèi)物料粉塵濃度大、硬度大造成磨損嚴(yán)重,，加上安裝等原因造成滑環(huán)集電器粉塵堆積,，從而造成斷路和短路。據(jù)統(tǒng)計(jì),，滑環(huán)集電器故障率占堆取料機(jī)總故障的40％,。
1.2 維修時(shí)間長、工作量大
        正常損壞時(shí),，少則需要4—5小時(shí),，多則10小時(shí)以上，且每次需兩人以上，工作量更大,。
1.3 安裝及維修費(fèi)用高
        從目前我公司堆取料機(jī)安裝的方式來講,，安裝一臺(tái)傳統(tǒng)通訊方式的堆取料機(jī)完成通訊功能需要的主要設(shè)備有：控制滑環(huán)一臺(tái)、電機(jī)一臺(tái),、移動(dòng)式電纜卷盤一臺(tái)以及多芯控制電纜,，在電纜卷盤設(shè)計(jì)時(shí)電纜的選型也比較特殊，而且在我公司的幾個(gè)項(xiàng)目中使用效果很不理想,，往往在設(shè)備運(yùn)行不到一年的時(shí)間控制電纜就由于設(shè)備的移動(dòng)受力而斷芯,，導(dǎo)致需要更換電纜，每臺(tái)堆取料的控制電纜大概200米,，每米大概100元,，每更換一次就要2萬元左右，加上人工費(fèi),，每年的維修費(fèi)大概在6萬元左右,，加之我公司承包的大多都是國外項(xiàng)目，在保修期間造成的維修成本就會(huì)更高,。另外,，因聯(lián)鎖失控，通訊中斷導(dǎo)致的設(shè)備事故擴(kuò)大,，更增加了其它關(guān)聯(lián)設(shè)備的維修費(fèi),。
1.4 設(shè)備安全隱患大
        當(dāng)堆料機(jī)集電器故障及卷盤電纜斷鏈時(shí)，導(dǎo)致聯(lián)鎖失控,，通訊中斷,，不能及時(shí)停止放料和停下皮帶機(jī)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成堆料機(jī)沖出軌道,，使其鋼結(jié)構(gòu)整體變形,，能引起上百萬元的經(jīng)濟(jì)損失，也給設(shè)備與操作人員帶來不安全因素,；當(dāng)取料機(jī)滑觸線故障,，由于下一段工藝流程中的輸送皮帶機(jī)故障或緊急異常時(shí)，不能及時(shí)停止取料,，就會(huì)導(dǎo)致堵料,，撤料，壓料,，甚至拉斷皮帶等情況,，給正常生產(chǎn)造成困難，同時(shí)給設(shè)備及人身帶來很大安全隱患,。
2. 無線聯(lián)鎖通訊傳輸方案選擇
        目前,，解決以上問題有采用常規(guī)的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),，即在數(shù)據(jù)交換之前需要完成數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)字化、編碼,、壓縮,、打包、調(diào)制,，轉(zhuǎn)換成可發(fā)送的格式,，然后再通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。此方案雖然解決了問題,，但是此方案的初期設(shè)計(jì)成本以及調(diào)試費(fèi)用均較高,，總體效果并不理想。為此,，我公司根據(jù)目前無線工控技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài),，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備環(huán)境特點(diǎn)，于2008年10月結(jié)合工廠Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞奶攸c(diǎn),，將無線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用在水泥廠堆取料機(jī)上,。通過比較我們選擇了德國菲尼克斯公司的雙向無線Profibus-DP通訊套裝模塊PSI-WL-PROFIB/BT-SET。最終實(shí)現(xiàn)水泥廠堆取料機(jī)的與工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的高速互聯(lián)與聯(lián)動(dòng),，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度,，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性及安全性，降低故障率,，減少維修費(fèi)用以及成本,，提高生產(chǎn)效率。
        隨著無線藍(lán)牙局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的成熟,，以及PLC控制技術(shù)與無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，無線聯(lián)鎖和通訊傳輸方式以其工作可靠,，優(yōu)良的性價(jià)比,，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，該技術(shù)也適用于水泥廠堆取料機(jī)與工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間的無線通訊,。無線Profibus-DP通訊裝置正是為了滿足此需求而設(shè)計(jì)的,，該設(shè)備能夠解決水泥廠堆取料機(jī)與工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的無線通訊，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制信號(hào)的傳輸和交換,。無線Profibus-DP通訊技術(shù)在水泥廠堆取料機(jī)上應(yīng)用后,，取消了原硬接線的一些相關(guān)附屬設(shè)備，如：電機(jī),，卷盤,，控制電纜，滑環(huán)等,，為移動(dòng)式的堆取料機(jī)節(jié)約了空間,，也使得機(jī)械設(shè)計(jì)上更為簡單,。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
        Profibus-DP通訊是針對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層和用戶層來說的，其數(shù)據(jù)通訊格式由PROFIBUS基金會(huì)規(guī)定,，而其物理層則完全采用RS485規(guī)范,。這樣的通訊方式完全滿足工廠自動(dòng)化的控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹Ｎ覀冞x用的菲尼克斯的Profibus-DP無線通訊套裝模塊實(shí)際上是一個(gè)能傳輸RS232,、RS485,、RS422的多功能無線串口通訊模塊。作為Profibus-DP無線通訊套裝,，是指廠家在出廠前就已配置好握手信號(hào),、奇偶校驗(yàn)等相關(guān)串口通訊參數(shù)，我們只需簡單的接線,，通電即可使用,。

無線DP通信的方案配置：
 

無線DP通訊套裝模塊

系統(tǒng)圖

4．該系統(tǒng)的特點(diǎn)

        該系統(tǒng)使用了跳頻擴(kuò)頻的技術(shù)FHSS來抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾，且工作在免費(fèi)的頻率段2.4GHz,傳輸功率100mW(20dBm),這些特性都使它可在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定工作,。PSI-WL藍(lán)牙轉(zhuǎn)換模塊用于傳輸RS-232,RS-422和RS-485,。

        由于數(shù)據(jù)被分割為非常小的數(shù)據(jù)包，在不同頻率的通道內(nèi)發(fā)送,，所以,，即使發(fā)生沖突，也可以在很短的時(shí)間內(nèi)（微秒）更改發(fā)射通道,，菲尼克斯的藍(lán)牙設(shè)備采用的ISM 2.4G免費(fèi)頻段,，并在835M Hz的范圍內(nèi)均分了79個(gè)通道供藍(lán)牙通訊使用（見下圖）

        (1)傳輸通過電磁波在空間進(jìn)行，減少了耗時(shí)以及昂貴的安裝過程,；
         (2)由于天線的發(fā)散特性,，無線電波可以覆蓋室內(nèi)和室外的大片空間，可以將自由移動(dòng)物體,，不受地域影響納入控制網(wǎng)絡(luò),。電磁通訊解決方案無磨損、耐臟,，這意味著在有移動(dòng)物體的應(yīng)用場(chǎng)合,，相對(duì)于傳統(tǒng)的滑環(huán)等，無線通訊是免維護(hù)的通訊方案,。
        （3）系統(tǒng)集成了PCS自動(dòng)控制,、無線通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù),，將有線和無線,、電氣和PLC、PLC與PLC數(shù)據(jù),、原系統(tǒng)和新系統(tǒng)有機(jī)的融合成一個(gè)整體,。聯(lián)鎖控制的數(shù)據(jù)信號(hào),，通過Profibus-DP通訊模塊直接傳輸?shù)絇CS系統(tǒng)，直接簡單的下掛在工廠的自動(dòng)化控制PCS組成控制網(wǎng)絡(luò),。而且無需組態(tài)編程,，即插即用，快速啟動(dòng),，提高了系統(tǒng)對(duì)各種信號(hào)的快速傳輸,，減少了延時(shí)。
         （4）與一般點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式相比,，主站只需2套無線收發(fā)設(shè)備(包括冗余),，主站與電器設(shè)備之間不用傳統(tǒng)的開關(guān)量硬件連接，直接以通訊方式與原PCS控制系統(tǒng)連接,，節(jié)省繼電器,、電纜和PLC的開關(guān)量輸入輸出模板。
          (5)采用2.4 GHz 免費(fèi)頻段,，無需申請(qǐng),，無需付費(fèi)。
        針對(duì)原料場(chǎng)堆取料機(jī)數(shù)量大分布集中的特點(diǎn),，選各個(gè)堆取料機(jī)子站與混勻配料室主站構(gòu)成一對(duì)一的無線Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò),，以直接尋到Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的地址，避免各機(jī)之間的相互干擾,；針對(duì)料場(chǎng)料堆較高,，料的導(dǎo)電性強(qiáng)，料場(chǎng)附近PLC控制系統(tǒng)較多的特點(diǎn),，選特高頻通訊頻段,，以減少對(duì)料場(chǎng)附近PLC控制系統(tǒng)及其它通訊設(shè)備的干擾，降低發(fā)射信號(hào)的功率,；針對(duì)通訊信號(hào)數(shù)量多的情況,，選擇直接的網(wǎng)絡(luò)通訊直接和上位進(jìn)行數(shù)字交換，以減少其相互干擾,。
  
 5．應(yīng)用效果和結(jié)論
       系統(tǒng)投入運(yùn)行后，工作穩(wěn)定可靠,，徹底解決了存在的問題,，促進(jìn)了生產(chǎn)指標(biāo)的提升，達(dá)到了人身及設(shè)備安全的目的,。無線Profibus-DP通信技術(shù)應(yīng)用于大型移動(dòng)設(shè)備的控制,，而且是直接應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制網(wǎng)絡(luò)中。尤其應(yīng)用在設(shè)備數(shù)量較多,，分布集中,，移動(dòng)范圍較大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件下,，其優(yōu)點(diǎn)突出，性價(jià)比高,，值得推廣,。