简述无线产品在大型机械设备上信号采集的应用

　　前言：

　　现代电子技术和通讯技术在大型钢铁企业上的应用，使得远程监控以及无线控制技术在行业上得以充份的应用实现。现代通信技术的进步，主要表现在数字程控交换技术、光纤通信、卫星通信、智能终端等方面，而覆盖的个人通信则是通信技术的发展方向。本文探讨邦纳工业无线网络产品在大型机械设备工作中信号的采集方式、处理方式、远程传递，以及在工程上遇到的若干问题。无线网络技术的应用能大大提高工程机械工作时的安全系数，为安全施工提供有利条件，使得起重机复杂操作得以实现。

　　应用概述：

　　某钢铁股份有限公司型钢烧结原料场于2004年5月投产使用，共有7台堆取料机，担负着储存、输送烧结原料的重要任务。堆取料机是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，目前已经广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等散料（矿石、煤、焦碳、砂石）存储料场的堆取作业。堆取料机与中控室的信号连锁采用滑触线传输，但近运行时，经常出现地面输送皮带与堆取料机联锁信号中断，造成皮带压料、烧坏电机等故障，严重影响正常的生产。　　

    问题分析：

　　目前，各大钢铁公司原料场堆取料机与地面的通讯传输方式有有线传输和无线传输两种。有线传输一般采用多芯通讯电缆、电缆卷筒或者滑触线。电缆卷筒配用的力矩电机容易损坏；通讯电缆抗拉强度低易拉断；滑触线通讯属于有触点通讯，堆取料机常年运行导致轨道地基下沉不均，轨道安装不直，滑触线随着皮带机支架产生的震动，以及滑线安装误差等原因，使得滑触线扭曲变形，集电器支架变形，集电器脱落，导致碳刷与滑线经常接触不良，自动连锁信号时断时续，地面控制失灵。

　　改造方案：

　　面对以上棘手的问题，近年来，随着无线通讯技术的进步和网络技术的发展，无线通讯传输方式以其操作简单、无后续维护成本、稳定可靠、优良的性能价格比得到迅速发展。 目前蓝牙技术、蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。工业网络技术都发展的较成熟，信号稳定可靠。蓝牙适配器之间可以达到100米的通讯距离，而工业网络技术利用Modbus通讯协议可以达到几公里的通讯距离，例如美国邦纳公司的DX70/80工业无线网络产品，2.4G通讯频率远可以达到3.2公里的通讯距离。

　　结合本地原料场的特点：堆取料机数量多，分布较集中；在混匀配料室（中控室）设邦纳工业网络产品DX70网关，各堆取料机设DX70节点，搭建局部信号无线传输网络，实现中控室与堆取料机之间的通讯，从而实现连锁控制信号的实时、可靠、有效的传输。

　　无线产品方案实施：

　　中控室向堆取料机传送允许堆料、允许取料、主皮带已运行、要求停车4个开关量信号。堆取料机向中控室传送已开始堆料、已开始取料、向主皮带开始放料、已停车、操作员求助5个开关量信号。

　　示意简图和说明：

　　图一：方案示意图

　　现场安装图片：

　　图二：安装于取料机上DX70节点

　　图三：安装在中控室内的DX70网关及外置天线

　　图四：安装于堆取料机操作室的DX70节点

　　应用机会和行业：

　　大型煤炭码头，矿石码头；火力发电厂，水泥厂，矿山，钢铁厂的堆料场；

　　图五：码头堆现场示意图

　　结论：

　　无线通讯技术在原料场中的实施与应用，使堆取料机与地面皮带的连锁控制实时、有效、可靠，并大大降低了设备的维修费用和备件费用，减轻了岗位工的劳动量，创造了良好的经济效益。美国邦纳工业无线网络系统在实际中的应用中，适用于各种已有的传感器安装，减少了布线距离增加的成本，解决了大型堆取料机与地面皮带布线障碍或是在室外工作的限制，在实际应用中无线信号跳频扩频技术得到了充分的发挥。感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致不同样式的传感器（16张）伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。

　　附：

　　1. FHSS-无线电跳频扩频技术： 载波频率受一个伪随机码的控制，在其有效工作带宽范围内，按PN码的随机规律不断改变，实现频谱扩展。同时在接收端，接收机的频率合成器受相同的伪随机码控制，并通过同步措施，保持与发射端的跳变顺序一致， 终实现双向通讯。 跳频的优点是抗干扰性能强，相比其他单一频率通讯方式（例如数传电台），一旦在某个时间点上通讯受到外界噪声干扰，便可以主动跳变到其他频道上继续通讯。