基于無線現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的輸煤仿真系統(tǒng)

1 引言

電廠的一個(gè)重要組成系統(tǒng)是輸煤系統(tǒng)，目前我國的輸煤系統(tǒng)一般都采用plc、dcs系統(tǒng)，輸煤系統(tǒng)主要由翻車機(jī)給料帶、輪斗機(jī)、皮帶、犁煤器、碎煤機(jī)、除鐵器等一系列設(shè)備組成，其中皮帶系統(tǒng)占了重要組成部分，皮帶的控制又可分為啟動皮帶、停止皮帶、皮帶跑偏報(bào)警、上下級皮帶的聯(lián)鎖以及皮帶電機(jī)的電流信號控制，皮帶系統(tǒng)的仿真是輸煤系統(tǒng)仿真中的一個(gè)重要方面，我們必須建立皮帶系統(tǒng)的模型，利用此模型，可以做一些皮帶正常啟停，皮帶故障的模擬，從而達(dá)到對工業(yè)現(xiàn)場的模擬，并可以用仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬工業(yè)現(xiàn)場,調(diào)試輸煤系統(tǒng)的目的。

就目前的情況看仿真系統(tǒng)一般為有線系統(tǒng)，在很大程度上限制了運(yùn)用仿真系統(tǒng)在不同的地點(diǎn)對輸煤系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，而目前出現(xiàn)的無線控制網(wǎng)絡(luò)是用一些無線模塊搭建的可移動的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)或者多點(diǎn)對多點(diǎn)的通信功能，而在工業(yè)現(xiàn)場中,我們需要有很多分散的控制模塊，這樣，利用無線網(wǎng)絡(luò)，可以很好的實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)或者是其他較分散的系統(tǒng)的仿真。

項(xiàng)目選擇了現(xiàn)在比較可靠的無線模塊ptr8000作為建立無線網(wǎng)絡(luò)的基本模塊，主要建立一個(gè)輸煤仿真系統(tǒng)，其組成為：一臺計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上模擬輸煤皮帶的界面，利用opc server，通過串口連接無線收發(fā)模塊，無線收發(fā)模塊的作用是實(shí)現(xiàn)上位仿真機(jī)與dcs系統(tǒng)的通信。另外，我們還將開發(fā)分別帶ai、ao、di、do接口的無線模塊，其中帶ai、di模塊的無線模塊是無線發(fā)送模塊，帶ao、do的無線模塊是無線接收模塊，它們分別與dcs系統(tǒng)中的ao、do、ai、di模塊連接。利用這套系統(tǒng)，我們可以很好的完成皮帶系統(tǒng)的模擬,對工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行仿真。整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示。





圖1 輸煤仿真系統(tǒng)


2 無線網(wǎng)絡(luò)

2.1 無線局域網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

無線網(wǎng)絡(luò)作為有線網(wǎng)的擴(kuò)展和補(bǔ)充，在有線設(shè)施使用受限的場合發(fā)揮著無可替代的作用。由于ism(industry/scientific/medical)頻段的開放，經(jīng)營者和用戶不用申請受權(quán)就可以自由使用這些頻段，從而促進(jìn)了無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展。無線數(shù)字傳輸常用的調(diào)制方法有窄帶數(shù)字調(diào)制和擴(kuò)展頻譜調(diào)制，目前以擴(kuò)頻調(diào)制方式居多，主要包括直接序列(direct sequence，ds)擴(kuò)頻、跳頻(frequency hopping，fh)擴(kuò)頻、跳時(shí)(time hopping，th)擴(kuò)頻、線性跳頻擴(kuò)頻及其組合等。

無線局域網(wǎng)(wireless lan)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代，隨著wlan市場的急劇增長，出現(xiàn)了多種無線局域網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，其中包括：

（1）以無線lan(local area network)為典型應(yīng)用的、ieee 802.11和hiperlan；

（2）由家用射頻工作組(home radio frequency working group,hrfwg)提出的以家庭應(yīng)用為主要背景的共享無線訪問協(xié)議(shared wireless access protocol,swap)；

（3）藍(lán)牙特別興趣小組(bsig)提出的藍(lán)牙系統(tǒng)；

（4）lmds(local multipoint distribution service)寬帶固定無線接入技術(shù)，即本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)系統(tǒng)；

（5）超寬帶無線通信技術(shù)(uwb)。802.11標(biāo)準(zhǔn)是ieee(institute of electrical and electronics engineers)推出的無線互連協(xié)議，包括802.11a和802.11b兩種變體，其中802.11b的速率達(dá)到了11mbps。802.11標(biāo)準(zhǔn)使各種不同廠商的無線產(chǎn)品得以互連。

2.2 無線模塊

（1）ptr8000模塊介紹。ptr8000是專門為點(diǎn)對多點(diǎn)無線通信設(shè)計(jì)的一塊高性能嵌入式無線模塊，多頻道多頻段，低功耗模塊。內(nèi)置完整的數(shù)據(jù)通信協(xié)議和crc檢錯(cuò)，只需通過spi即可完成所有的無線收發(fā)傳輸，無亂碼輸出。體積較小，內(nèi)置環(huán)行天線，性能穩(wěn)定且不容易受外界影響，對電源不敏感。它的最大發(fā)射功率為+10dbm，高抗干擾gfsk調(diào)制，可跳頻，獨(dú)特的載波監(jiān)測輸出，地址匹配輸出，數(shù)據(jù)就緒輸出。由于具有以上特點(diǎn)，這塊無線模塊適合運(yùn)用在工業(yè)現(xiàn)場作為工業(yè)局域網(wǎng)的基本無線模塊。

（2）其他組成模塊介紹。我們設(shè)計(jì)的模塊是帶di(開關(guān)量輸入)，do(開關(guān)量輸出)，ai(模擬量輸入)，ao(模擬量輸出)模塊的無線模塊，主要利用m68hc12單片機(jī)作為模塊的核心單元，外圍的電路分別實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的di，do，ai，ao功能，并考慮工業(yè)現(xiàn)場的干擾較多，所以在設(shè)計(jì)時(shí)加上外圍的抗干擾電路，例如di模塊的rc濾波電路，光電隔離電路等。利用m68hc12單片機(jī)的spi接口，我們可以很容易的實(shí)現(xiàn)與無線模塊ptr8000通信。另外，在與上位計(jì)算機(jī)連接時(shí)，我們還設(shè)計(jì)了專門與計(jì)算機(jī)連接的m68hc12為核心的收發(fā)模塊。