综合料场堆取料机无线通讯系统的开发与应用

1 概述

银前原料场工程是根据莱钢十五技改规划为银山前区型钢生产线配套新建的大型综合料场。原料场系统由受卸系统、混匀配料系统、一次料场、混匀料场、供料系统、翻车机系统、堆取料机大型可移动设备等组成。原料场面积大、范围广，原料品种多、料流复杂，系统设置为三电一体化 （ＥＩＣ）控制，统一由 ＰＬＣ对系统设备及料流进行联锁控制。原设计堆取料机大型可移动设备和地面控制系统之间采用滑触线进行数据通讯，由于滑线不直、导轨不平、大车的震动、联结方式的不合理时常导致大车和控制系统信号中断，导致料流停止，根本无法实现堆取料机和地面系统间的联锁控制。目前针对此问题进行研究，我们借鉴已有技术，提出新的通讯方法，保证了可移动设备和地面系统间的可靠数据通讯。

2 工艺流程和功能简述

在大型现代化钢铁企业中，原料处理系统占有举足轻重的地位。原料系统的可靠性、稳定性及其自动化程度直接关系到烧结，炼铁的正常运转和全厂的经

济效益。莱钢银前原料场主要担负着接卸来自国内外大宗含铁原料、燃料及莱钢各工序返回的含铁矿粉等，经过受卸、取料、配料、混匀加工、供料等一系列物理加工生产将原料送往银前烧结和烧结厂老原料。莱钢银前原料场有 25个转运站、45条胶带机、3个重型堆取料机、1个重型混匀堆料机、2个重型混匀取料机、13个三通分料器、10个圆盘给料机、1个重型卸料小车和大量的受卸设备。整个系统由皮带运输机构成复杂的运输网络，系统协调高效率地有序运行。

3 原料场现状

原料场自控系统主要包括地面受卸、配料、供料系统，堆取料机车载系统等。地面受卸、配料、供料主系统采用光纤以太环网实现数据传输，堆取料机车载和地面系统的通讯采用滑触线方式。运行中常出现堆取料机和地面系统联锁通讯信号不稳定的现象，通讯联锁信号的不正常和突然中断很容易造成地面皮带的堆料、压料以及堆取料机的冲车故障，严重影响了原料的正常输送。原因大致如下：一是联锁通讯信号采用的是常规的滑触线硬物理联结方式连接的，在运行过程中大车导轨地基下沉不均，轨道安装不直，滑触线随着皮带机支架产生震动，使得联锁和通讯滑触线变形破损导致接触**。二是现场粉尘大，特别是在雨雪天气时滑触线会很容易出现短路现象，而这种个别通讯信号点的外部接地表现在 ＰＬＣ上则会使整块开关量模板、32个开关量信号同时丢失，故障波及面较大，影响其他料线的运行。

4 技术改造方案

4．1 通讯方案论证及原理

为了解决堆取料机车载和地面的通讯故障，设计出多种方案进行论证。*终决定采用无线数传电台进行通讯，这种方式无需架设电缆或挖掘电缆沟，只需要在每个终端连接无线数传电台和架设适当高度的天线，节省了人力物力，大大缩短了工程周期，适用原料场供料任务重，改造时间短的现状。

无线控制系统主要有三部分组成：地面控制 ＰＬＣ，无线通讯单元‚车载被控 ＰＬＣ。在地面控制 ＰＬＣ中，接入允许堆取料机堆料和允许堆取料机取料的控制命令和堆取料机堆料和取料的状态信息，当需要堆取料机进行堆取料作业时，操作工在上位机发出操作指令，通过以太环网通讯，命令传送到地面控制 ＰＬＣ，通过无线通讯单元发送，接收，当车载被控 ＰＬＣ收到这组命令时，由程序解析，控制堆取料机系统进行堆料和取料作业。同样道理，在 6台堆取料机车载被控 ＰＬＣ中的堆取料机堆料状态和取料状态的状态信息，通过无线通讯单元发送，接收后，被地面 ＰＬＣ接收，通过以太网通讯方式，在上位机画面上显示目前堆取料机的堆料、取料状态，便于操作工监视。堆取料机和地面系统间的控制流程图如图 1所示。

无线数传电台的通信是半双工的，即发射数据时电台不能接收数据，接收数据时电台不能发射数据。系统采用 ＣＲＣ冗余校验技术以保障数据准确无误的

传输。当地面系统 Ａ和一台堆取料机车载系统 Ｂ两点间需进行通信时，通信的过程如下：Ａ向 Ｂ发送命令，Ｂ收到命令后向 Ａ发送应答数据，若 Ａ发命令后在收发处理时间 ＴＳ时间内收到 Ｂ发送的应答数据并通过 ＣＲＣ校验正确，则数据通讯成功，若不正确或 Ａ发送命令后在 ＴＳ时间内没有收到 Ｂ发送的应答数据，则 Ａ显示通信故障信息。通讯过程如图 2所示。

4．2 硬件配置方案

受卸、配料、供料主系统选用 ＱＵＡＮＴＵＭ系列 ＰＬＣ作为主控制器，3套系统采用光纤组成以太环网。堆取料机车载系统采用 ＳＩＭＥＮＳＥ公司 Ｓ7－300系列ＰＬＣ，系统采用主从结构形式，主站安装在电气室，2个从站安装在操作室。6台车载共 6套 Ｓ7－300系列ＰＬＣ。为了实现与地面系统的数据通讯‚6台堆取料机的西门子 Ｓ7－300控制系统每套加装一块以太网ＣＰ343－1通讯模板，同时为了实现车载 Ｓ7－300系列ＰＬＣ与地面供料系统 ＱＵＡＮＴＵＭ系列 ＰＬＣ之间的数据通讯，在地面增加一套 Ｓ7－300ＰＬＣ作为中转站。系统采用 ＣＰＵ315－2ＤＰ中央处理器，采用以太网通

讯模式。增设无线数传电台后，整个原料场硬件和网络配置图如图 3所示。

4．3 数传电台的配置

本系统采用 ＭＤＳ公司的 ＭＤＳｉＮＥＴ900高速无线数传电台来传输数据。ＭＤＳｉＮＥＴ900电台抗干扰能力非常强，安全性能强，支持点对多点服务，电台工作于 900ＭＨｚ频段，具有较强的绕射能力和穿透能力，因此传输距离远，而且当基站与远端电台之间有障碍物阻挡的时候也能保证无线通信正常工作，该电台采用数字信号处理技术与 ＦＥＣ前向纠错技术，可使其具有较高的信号接收灵敏度并能保证信号的可靠传输，使其更适应料场料堆多这样的环境下应用。

电台的主要性能指标：

（1）频率范围：902～928ＭＨｚ；（2）数据速率：512／256ｋｂｐｓ；（3）端口速率：1200ｂｐｓ～115．2ｋｂｐｓ；（4）信道带宽：316．5ｋＨｚ；（5）发射功率：20～30ｄＢｍ；（6）灵敏度：－92～－102ｄＢｍ；（7）发射电流 ＜650ｍＡ；（8）工作温度：－30℃ ～＋60℃。

4．4 软件编制方案

新增的地面和原堆取料机车载 ＰＬＣ均为西门子Ｓ7－300系统‚采用 ＳＴＥＰ7Ｖ5．3编程软件，具体设置如下：建立新项目 ＸＷ 项目，建立 ｄｉａｎｍｉａｎ站‚将ＤＱＬＪ1、ＤＱＬＪ2、ＤＱＬＪ3、ＨＹＤＬＪ、ｈｙｑｌｊ1、ｈｙｑｌｊ2系统插入到 ＸＷ项目中‚增加以太网 ＣＰ343－1通讯模版后，对每台堆取料机重新进行硬件配置，利用循环中断 ＯＢ35使 ＣＰＵ按一定时间间隔循环触发中断。在 ＯＢ35中编制程序实现堆取料机和地面系统的数据发送和接收，同时在地面系统编制程序块完成同堆取料机间的数据接收和发送。在 ＳＴＥＰ7Ｖ5．3编程软件中整个系统网络配置图如图 4所示。

5 无线数据传输的可靠性

为了提高数据传输的可靠性，本系统采用正确的接地设计来达到抑制噪声干扰。将大功率设备的供电线路和控制系统的供电线路分开，以减少供电线路的

干扰。在布线时将信号线外接金属网的屏蔽层，与电力线分开走线，屏蔽技术可以抑制电场耦合和磁场耦合，使其免受其他设备的干扰。在原料场现场进行电波传播和接收场强测试，以便根据现场环境和工作要求，确定主站和各从站电台的功率、天线类型、架设高度等参数，并采用 ＣＲＣ检验技术及错误重发机制保障数据传输的安全、可靠。

6 结束语

堆取料机无线通讯系统已经在莱钢银前综合料场得到实际应用，投产后堆取料机和地面系统通讯的可靠性大大提高，杜绝了地面皮带的堆料、压料以及堆取料机的冲车故障，料流联锁顺畅。减少了操作工、维修工的劳动强度，产生了可观的经济效益，具有很好的推广应用价值。