無線Profibus-DP通訊技術(shù)在堆取料機(jī)上的應(yīng)用

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開關(guān)量信號，不能實(shí)現(xiàn)大量開關(guān)量以及模擬量的傳輸，同時由于滑環(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)常會出現(xiàn)信號傳輸不穩(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)的移動產(chǎn)生震動，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)而錯位，觸點(diǎn)的機(jī)械機(jī)構(gòu)松動，導(dǎo)致接觸不良。同時，由于堆場內(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，滑環(huán)集電器故障率占堆取料機(jī)總故障的40％。

1.2 維修時間長、工作量大

　　正常損壞時，少則需要4—5小時，多則10小時以上，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、電機(jī)一臺、移動式電纜卷盤一臺以及多芯控制電纜，在電纜卷盤設(shè)計時電纜的選型也比較特殊，而且在我公司的幾個項(xiàng)目中使用效果很不理想，往往在設(shè)備運(yùn)行不到一年的時間控制電纜就由于設(shè)備的移動受力而斷芯，導(dǎo)致需要更換電纜，每臺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，導(dǎo)致聯(lián)鎖失控，通訊中斷，不能及時停止放料和停下皮帶機(jī)，嚴(yán)重時會造成堆料機(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，不能及時停止取料，就會導(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)展動態(tài)，結(jié)合現(xiàn)場設(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)的與工廠自動化系統(tǒng)的高速互聯(lián)與聯(lián)動，提高了設(shè)備的自動化程度，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)計的，該設(shè)備能夠解決水泥廠堆取料機(jī)與工廠自動化系統(tǒng)的無線通訊，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制信號的傳輸和交換。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，為移動式的堆取料機(jī)節(jié)約了空間，也使得機(jī)械設(shè)計上更為簡單。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

　　Profibus-DP通訊是針對數(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化的控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?。我們選用的菲尼克斯的Profibus-DP無線通訊套裝模塊實(shí)際上是一個能傳輸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、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。