基于无线通信的选煤厂PLC集中控制系统.pdf

第 4 1卷 第 1 O期 2 0 1 5年 1 O月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 1 No． 1 0 0c t ．2 01 5 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 1 0 0 0 0 5 0 4 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 1 0 ． 0 0 2 张传伟 ， 张鹏。 基于无线通信的选煤厂 P L C集中控制系统E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 0 5 8 ． 基于无线通信的选煤厂 P L C集中控制系统 张传伟 ， 张鹏 西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 针对现有选煤厂 P L C集中控制 系统与现场设备之 间采用有线通信方式， 存在布线复杂、 通信电缆 损 坏 率 高的 问题 ， 提 出了一种 基 于 无 线通 信 的 选煤 厂 P L C集 中控 制 系统 设 计 方 案 。该 系统通 过 通 信模 块 C P 3 4 0和 数传 电 台实现 下位机 控制 总站 S 7 3 0 0 P L C与 E T 2 0 0 M 分布 式 I ／ O 分站 之 间数 据 的 无 线通信 ， 解 决 了选煤 厂 通信 线缆 布 线复 杂 、 电缆损 坏 率 高和 检修 维护不 方便 的 问题 ， 实现 了选煤厂 集 中控制 系统数 据 的 无 线通信 。 关键 词 选煤 厂 ； 无 线 通信 ；集 中控 制 ； C P 3 4 0通信 模 块 ；数传 电台 ； P L C 中图分类 号 T D9 4 8 ． 9 文献 标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 5 0 9 2 9 1 4 4 1 网络 出 版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 5 0 9 2 9 ． 1 4 4 1 ． 0 0 2 ． h t ml PLC c e nt r a l i z e d c o nt r o 1 s y s t e m o f c o a l pr e p a r a t i o n p l a n t b a s e d o n wi r e l e s s c o mmun i c a t i o n ZH ANG Chua nwe i ， ZHANG Pe n g S c h o o l o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g ，Xi a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ，Xi a n 7 1 0 0 5 4 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n vi e w o f pr o bl e m s o f c o m p l e x wi r i n g a nd hi gh d a ma ge r a t e of c o mm un i c a t i o n c a bl e e x i s t e d i n c a bl e c omm u ni c a t i o n mod e be t we e n PLC c e nt r a l i z e d c on t r o l s ys t e m o f c o a l p r e p a r a t i o n p l a nt a nd f i e l d e q ui pme nt ，a d e s i gn s c he m e o f PLC c e nt r a l i z e d c o nt r o l s ys t e m o f c oa l pr e pa r a t i o n p l a nt ba s e d o n wi r e l e s s c omm u ni c a t i on wa s p r op os e d． The s y s t e m us e s CP3 40 c o m mun i c a t i o n m o du l e a nd d a t a r a d i o s t a t i o n t o r e a l i z e wi r e l e s s c o m muni c a t i o n be t we e n 1 o we r c o mpu t e r c o nt r o l s t a t i o n S7 3 0 0 PLC an d ET2 0 0M d i s t r i b u t e d I ／ O s u b s t a t i o n， s o l v e s p r o b l e ms o f c o mp l e x c a b l e wi r i n g， h i g h c a b l e d a ma g e r a t e a n d i nc o nv e ni e nt m a i nt e n a nc e of c oa l pr e p a r a t i on pl a n t c o mm u ni c a t i on， a nd r e a l i z e s d a t a wi r e l e s s c o mm u ni c a t i o n of c e nt r a l i z e d c o nt r o l s ys t e m of c oa 1 pr e pa r a t i on p l a n t． Ke y wo r d s c o a l p r e pa r a t i o n pl a nt ；wi r e l e s s c o m mun i c a t i o n；c e nt r a l i z e d c o nt r o l ；CP3 4 0 c o mm un i c a t i o n m o d ul e 9d a t a r a d i o s t a t i o nPLC 0 引言 随着 物 联 网 技 术 不 断 在 煤 炭 行 业 的研 究 与 应 用 [ ， 我 国选 煤 厂 不 断 向 数 字化 、 网 络 化 、 智 能 化 的 中大型 选煤 厂发 展L 2 ] 。许 多 中大 型选 煤厂 考虑 到 煤 炭 洗 选 过 程存 在 的振 动 和 噪声 问题 _ 3 ] ， 普遍 将 集 控 室 与洗 选车 间独 立 布置 。由于煤 炭洗 选 工艺 过程 复 杂 、 洗选 设 备较 多且 分 散 ， 一 般使 用 有线 传感 器采 集 各处设备的数据 ， 采集 到的数据经信号线缆和数据 交换机接入全厂集中控制 系统[ 4 ] 。因此 ， 在选煤厂 基 建 过程 中现场 布 线施 工量 大 ， 且 后 期 在 选煤 厂 恶 劣的生产环境下 ， 存在 电缆损坏率高 、 检修维护不方 便 [ 5 ] 的技术 问题 。 近几年 ， 无线通信技术迅猛发展 ， 工业无线网技 术在部分工业控制领域得到了较好的应用[ 6 ] 。针对 现有选煤厂采用有线通信存在的不足， 笔者设计 了 基于无线通信的选煤厂 P L C集 中控制系统 ， 采用通 信模块 C P 3 4 0和数传 电台作为系统下位机控制 总 收稻 日期 2 0 1 5 0 6 2 9 ； 修回 日期 2 0 1 5 0 8 2 8 ； 责任编辑 张强 基金项 目 高等学校博士学科点专项科研基金项 目 2 O 1 2 6 1 2 1 1 2 O 0 O 5 。 作者简介 张传伟 1 9 7 4 一 ， 男 ， 安徽淮南人 ， 教授 ， 博士 ， 研究方 向为电动 汽车运动控制与机 电系统智能控制 ， E - ma i l s x d y z h a n g 1 6 3 ． c o rn。 2 0 1 5年 第 1 0期 张传 伟等 基 于无 线 通信 的选煤 厂 P L C集 中控 制 系统 7 6 b y t e 数 据 ， 从 而 实 现 无 线 通 信 。其 中 ， S 7 3 0 0 P L C总站 发送 的 7 b y t e 数 据 中 ， 第 1 b y t e 数 据是 地 址信息 ， 第 2 ， 3 ， 4 b y t e 数据是需要传送 的控制数据 信息 ， 第 5 ， 6 b y t e 数据是第 1 ， 2 b y t e和第 3 ， 4 b y t e 数据的异或值 ， 作为校验判 断信息 ， 第 7 b y t e 数 据 为 字 节 数 据 信 息 ， 无 意 义 ， 仅 仅 是 为 了 触 发 一 次 E T2 0 0 M 分 布 式 I ／ O 分 站 的 字 符 接 收 中 断 程 序 。 E T2 0 0 M 分 布式 I ／ O 分站 向 S 7 3 0 0 P L C总 站发 送 的 6 b y t e 数据中， 第 1 b y t e 数据是 E T2 0 0 M 分布式 I ／ O 分 站 的 站 地 址 信 息 ， 第 2 ， 3 ， 4 b y t e 数据是 E T 2 0 0 M 分布式 I ／ O 分站采集 的外部信 号状态数 据信息 ， 第 5 ， 6 b y t e 数据为校验信息。 S 7 3 0 0 P L C总 站采 用 轮询 方式 与 E T 2 0 0 M 分 布式 I ／ 0分站通信 ， 即第 1 S内向主厂房 I ／ O分站 发送 数 据 ， 然 后 接 收 主 厂 房 I ／ O 分 站 返 回 的 数 据 E T2 0 0 M 分 布式 I ／ o 分 站 在 接 收 到 S 7 3 0 0 P L C 主 站发 送数 据 后 立 刻 向 S 7 3 0 0 P L C 总 站 发 送 数 据 ； 第 2 s内 向原 煤 仓 I ／ O 分 站 发 送 数 据 ， 然 后 接 收 原煤 仓 I ／ O分 站 返 回 的数 据 ； 第 3 S内 向装 车 站 I ／ O分站发送数据 ， 然后接收装车站 I ／ O分站返 回 的数据 ； 依次进行 ， 不停循环通信 。 1 ． 3 下位 机控 制 系统 下 位 机 控 制 系 统 由 S 73 0 0 P L C 总 站 和 E T2 O O M 分 布式 I ／ O 分 站 组 成 ， 总 站 S 7 3 0 0 P L C 上 搭接 C P 3 4 0通 信模 块 ， C P 3 4 0通 信 模 块 与下 传 数 传 电 台 相 连 ； E T 2 0 0 M 分 布 式 I ／ o 分 站 上 搭 接 C P 3 4 0通 信模 块 ， 通 过 R S 4 8 5 ／ 2 3 2转 换 器连 接 到 上 传数传 电 台， 通 过 编程 实现 S 7 3 0 0 P L C总 站 和 E T2 0 0 M 分布式 I ／ O分站之问的无线通信 ， 上位机 以 MP I 总 线 方 式 与 s 7 3 0 0 P L C通 信 ， 实 现 对 E T 2 0 0 M 分布式 i ／ o分站的监控。数传 电台选 用 F C 2 2 2 一 C H。控制程序运用 S t e p 7软件编程 ， 通过 配置 I ／ O口、 接线 ， 实现对选煤厂生产设备 运行参 数 、 管道压力 以及仓位等信号 的采集和对生产设备 的控制 。 2 系统通 信性 能可 靠性分 析 天线架设高度和天线的选择是影响无线数据传 输系统通信距离的关键因素。选煤厂无线通信系统 属近距离通信 ， 选配与 F C 2 2 2 一 C H数传 电台相匹配 的标 准 5 O Q 吸 盘天 线 和标 准 5 0 9馈 线 。中 心 站 天线架设在集控室 的楼顶且指 向生产车间， 架设 高 度为 1 5 m； 远端站 生产车间 考虑到选煤厂生产车 间振动 、 噪声等于扰较大 ， 可以通过就近延长天线至 生产车间室外逐层架设 ， 以保证数据传输稳定性 ， 架 设高度为 3 ～1 5 m。数据空中传输视距 D的传输公 式 为 D 一 4 ． 1 2 耳 √ 1 式 中 H 为 中心站 天线架 设高 度 ； h为远 端站 天线 架 设高度 。 本文中取 H一1 5 m， h 一3 m。计算得出理论视 距传输距离约为 2 3 r i 1 ， 满足选煤厂厂 区范围内无线 数 据传 输距 离要求 。 系统选用的 F C 2 2 2 一C H数 传电台是利用单 片 机 技术 、 无 线射 频技 术 、 数 字处 理技术 和语 音处 理技 术设计 的双 向数据传输、 低功耗 、 模块化电台。数传 电 台射 频部 分采 用高 性能 窄带 芯片 ， 接 收灵敏 度高 ， 抗干扰能力强 ， 空中数据传输使用数据加密和奇偶 校验 ， 传输数据安全可靠。F C 2 2 2 一 C H数传 电台主 要 参 数见表 1 。 表 1 F C 2 2 2 一 C H数 传电台主要参数 影响无线数据传输系统通信距离的另一主要 因 素是 接 收 场 强 电平 P ， 即 电 波信 号 接 收机 的场 强 。 场强 的差异化决定着解调输出信号 的信 噪比， 从 而 影响数据传输 系统 的判别 ， 导致误码 的产生 。到达 远端 站接 收 天线 的接 收场 强 电平 P ， 的 计算 公 式 如 式 2 所 示 P P G G 一 L 一 L 一 Lo 2 式中 P 为发信功率 ， d Bm； G 和 G 为收发 天线 增益 ， d B； L 和 L 为收 发馈 线 损耗 ， d B； L o N 自由空 间损 耗 ， d B 。 接 收场强 P 与接 收机 的 门限 电平 差 距 为 衰 落 储备， 差距越大 ， 衰落储备越多， 抗干扰能力越强 ， 误 码越少。本文所选 F C 2 2 2 一 C H 数传 电台接收机的 门限电平为一1 1 6 d Bm， 经过计算可得 出系统 的 衰落储备为 2 8 d B， 大于理论 要求值 2 0 d B， 能保证 数据传输的可靠性 ， 满 足选煤厂集中控制系统数据 无线传输的要求。 第 4 l 卷 第 1 O期 2 O l 5年 1 O月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i n e Aut o ma t i o n Vo 1 ． 4 1 NO ．1 0 Oc t ．2 0 l 5 文 章编 号 1 6 7 1 ～ 2 5 1 X 2 0 1 5 1 0 0 0 0 8 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 1 0 ． 0 0 3 宋刘德 ， 尹珠 ， 姚善化． 基于模糊控制 的井 下无 人运输机车控制 系统设计 [ J - 1 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 0 8 1 1 ． 基于模糊控制的井下无入运输机车控制系统设计 宋 刘德 ， 尹珠 ， 姚善 化 安徽 理工 大学 电气与 信息 工程 学 院 ， 安 徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘 要 针 对现 有 井下运 输机 车 的控 制 采 用人 员驾 驶 手动 纠偏 的 方 法 ， 存在 较 大误 差 且 易发 生危 险的 问 题 ， 设计 了基 于模 糊控 制 的井 下无人 运 输机 车控 制 系统 。该 系统 采 用模 糊 控 制技 术 ， 利 用 S TM3 2 F 1 0单 片 机 作 为 主控模 块 ， 变频 器作 为执行 机 构 ， 通过控 制 电动机 转 速 ， 达 到速 率 调控 、 刹 车 和避 障的 目的 ； 该 系统 利 用 上位监 控 系统 实 时监控运 输机 车 ， 实现 了井下运 输机 车 的无人 化和 智 能化 ， 提 高 了井 下生产 的安 全性 。 关键 词 井 下运输机 车 ； 模 糊控 制 ； S T M3 2 F 1 0 ；变频 器 ；传感 器 中图分类 号 TD5 2 4 ． 3 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 5 0 9 2 9 1 4 4 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 5 0 9 2 9 ． 1 4 4 1 ． 0 0 3 ． h t ml De s i g n o f c o n t r o l s y s t e m o f u nd e r g r o un d un ma n ne d t r a n s po r t a t i o n l o c o mo t i v e b a s e d o n f u z z y c o n t r o l SONG Li u de， YI N Zhu， YAO Sh a nhu a S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g ，An h u i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， H u a i na n 2 3 2 0 01，Ch i na Ab s t r a c t I n v i e w o f p r ob l e m s o f bi g e r r o r a n d e a s y t o f a l l i n t o d a ng e r t h a t c o nt r o l of e x i s t i ng u nde r gr ou nd t r a ns po r t a t i on l oc o mot i ve a do pt e d ma nu a l c or r e c t i o n me t h od by dr i v e r ， a c o nt r ol s y s t e m o f u nd e r gr o und un m a n ne d t r a n s p o r t a t i o n l o c o mo t i v e ba s e d o n f u z z y c ont r ol wa s de s i gne d．The s ys t e m us e s f u z z y c o nt r o l t e c hno l o gy，a do p t s STM 3 2F1 0 s i ng l e c hi p m i c r o c o mput e r a s ma i n c o nt r o l m o d ul e，f r e q u e nc y 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 6 2 5 ； 修回 日期 2 0 1 5 - 0 8 2 7 ； 责任编辑 张强 。 基金项 目 安徽 高校 省级 自然科学研究重点项 目 KJ 2 0 1 4 A0 6 6 。 作者简介 宋刘 德 1 9 9 2 一 ， 男 ， 安徽安庆人 。 硕士研究生 ， 研究方 向为煤矿井下通信 、 物联网及煤矿 电气控 制等 ， E ma i l 8 4 8 6 5 2 2 5 7 q q ． c o rn。 3 结语 针对 现 有选 煤 厂 P L C集 中控 制 系 统 采 用 有 线 通信技术存在的技 术问题 ， 设计 了基 于无线通信的 选煤厂 P L C集 中控制 系统 。该系统运用数传电台 和无线通信模块替换下位机总站与分站之间复杂的 布线 ， 通过编程实现总站和分站之间的无线通信 ， 解 决 了选 煤厂 现场 布线 复杂 、 电缆 损坏 率 高 的问题 ， 实 现了数据的无线传输 ， 为选煤厂搭建无线局域 网络 打 下 了技术 基础 ， 使 厂 区范 围 内无 线 终端 设 备 得 以 应 用 与推广 ， 推 动 了选 煤 厂 网络 化 和 自动化 技 术 的 进 一 步发展 。 参考文献 丁恩杰 ， 赵志凯． 煤 矿物联网研究现状及发展 趋势 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 o 1 5 ， 4 1 4 1 - 5 ． 陈震 ， 郭楠 ， 张杨． 国 内选 煤厂 自动化技 术现状 及发 展 趋势[ J ] ． 煤炭与化工 ， 2 0 1 4 ， 3 7 3 1 0 1 2 ． 陈军． 选 煤 厂洗 选 系 统工 艺 技术 改 造对 策 研 究 [ J ] ． 科技资讯 ， 2 0 1 3 3 1 5 3 5 4 ． 任杰 ， 肖卫雄． 选煤厂 自动化集成平 台的设 计E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 O 1 1 ， 3 7 3 9 5 9 7 ． 谭长森． 基 于数传 电台的无线 远程 监控 系统设 计 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 9 - 1 2 ． 陈惠英 ， 李 祖欣． 无线 网络 控制 系统 研究 现状 及 方 向 E J - 1 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 1 5 9 6 3 ． ] ] ] ] ] ] 口