（中材建设有限公司，河北唐山 064000）

摘 要：本系统采用无线PROFIBUS-DP网络通信技术，通过利用无线蓝牙技术将工厂自动化控制系统PROFIBUS-DP网络中的数据链进行传输和交换。它不同于常规的无线技术需要将信号数字化、编码、压缩、打包、调制，转换成可发送的格式后再通过无线网络传输，而是直接和工厂自动化系统本身的PROFIBUS-DP网络设备的上一级主站的通讯。通过在水泥厂堆取料机上应用此技术，联锁通讯信号传输方式从传统的有触点有线变为无触点无线，达到了信号传输可靠，维修费用低，最终为企业带来明显的经济效益。

关键词：无线Profibus-DP技术；堆取料机；移动设备

Application of Wireless Profibus-DP Communication Technology in Reclaimer and Stacker
(CBMI Construction Co., Ltd., Tangshan Hebei 064000)

Abstract: The wireless Profibus-DP Communication is used in the system. The system transmites and exchanges the data of factory automation control system Profibus-DP via wireless bluetooth technology. It isn’t the same as the routine wireless technology which needs to complete the process that the signals will be digital, encoded, compressed, packed, modulated and converted before transmition, but it direct communicates with the home site which is the top level of factory automation control system Profibus-DP network equipment. The transmission mode of the interlock signals will be wireless and no touch instead of routine mode with touch and control cable via the usage of the technology, and then the signal transmission is reliable, the maintenance price is little, it achieved obvious economic benefits for enterprise finally.
Key words: Wireless Profibus-DP Technology, Reclaimer and Stacker, Mobile Equipment

1 序言
堆取料机是水泥厂用于原料及原燃料转运及均化的大型移动设备，其运行可靠性直接关系到厂内物流是否畅通。目前，水泥厂堆取料机上的供电及通讯主要是采用电缆卷盘方式，电源电缆及控制电缆分别有各自的卷盘，中控室与堆取料机控制室之间的控制及联锁信号都是通过一根多芯的柔性电缆进行通讯，每芯电缆只能传送一个开关量信号，不能实现大量开关量以及模拟量的传输，同时由于滑环集电器自身结构以及堆取料机卷盘拉力不均衡等原因，经常会出现信号传输不稳定甚至中断等现象，严重影响到堆取料机的安全性与可靠性，传统的通讯方式在实际运行中普遍存在以下问题：
1.1 故障频繁
由于大车轨道安装精度不高，运行轨道不能精确的在同一轴线上，电缆卷盘随着堆取料机的移动产生震动，以及滑环集电器安装误差等原因，使得联锁和通讯集电器中的触点变形破损，滑环集电器的触点随电缆卷盘的旋转而错位，触点的机械机构松动，导致接触不良。同时，由于堆场内物料粉尘浓度大、硬度大造成磨损严重，加上安装等原因造成滑环集电器粉尘堆积，从而造成断路和短路。据统计，滑环集电器故障率占堆取料机总故障的40％。
1.2 维修时间长、工作量大
正常损坏时，少则需要4—5小时，多则10小时以上，且每次需两人以上，工作量更大。
1.3 安装及维修费用高
从目前我公司堆取料机安装的方式来讲，安装一台传统通讯方式的堆取料机完成通讯功能需要的主要设备有：控制滑环一台、电机一台、移动式电缆卷盘一台以及多芯控制电缆，在电缆卷盘设计时电缆的选型也比较特殊，而且在我公司的几个项目中使用效果很不理想，往往在设备运行不到一年的时间控制电缆就由于设备的移动受力而断芯，导致需要更换电缆，每台堆取料的控制电缆大概200米，每米大概100元，每更换一次就要2万元左右，加上人工费，每年的维修费大概在6万元左右，加之我公司承包的大多都是国外项目，在保修期间造成的维修成本就会更高。另外，因联锁失控，通讯中断导致的设备事故扩大，更增加了其它关联设备的维修费。
1.4 设备安全隐患大
当堆料机集电器故障及卷盘电缆断链时，导致联锁失控，通讯中断，不能及时停止放料和停下皮带机，严重时会造成堆料机冲出轨道，使其钢结构整体变形，能引起上百万元的经济损失，也给设备与操作人员带来不安全因素；当取料机滑触线故障，由于下一段工艺流程中的输送皮带机故障或紧急异常时，不能及时停止取料，就会导致堵料，撤料，压料，甚至拉断皮带等情况，给正常生产造成困难，同时给设备及人身带来很大安全隐患。
2. 无线联锁通讯传输方案选择
目前，解决以上问题有采用常规的无线网络传输技术，即在数据交换之前需要完成数据信号数字化、编码、压缩、打包、调制，转换成可发送的格式，然后再通过无线网络进行数据交换。此方案虽然解决了问题，但是此方案的初期设计成本以及调试费用均较高，总体效果并不理想。为此，我公司根据目前无线工控技术的发展动态，结合现场设备环境特点，于2008年10月结合工厂Profibus-DP网络拓扑的特点，将无线PROFIBUS-DP网络通信技术应用在水泥厂堆取料机上。通过比较我们选择了德国菲尼克斯公司的双向无线Profibus-DP通讯套装模块PSI-WL-PROFIB/BT-SET。最终实现水泥厂堆取料机的与工厂自动化系统的高速互联与联动，提高了设备的自动化程度，增强了系统的可靠性及安全性，降低故障率，减少维修费用以及成本，提高生产效率。
随着无线蓝牙局域网技术发展的成熟，以及PLC控制技术与无线通讯网络技术的融合，无线联锁和通讯传输方式以其工作可靠，优良的性价比，在工业控制领域得到广泛应用，该技术也适用于水泥厂堆取料机与工厂自动化控制系统之间的无线通讯。无线Profibus-DP通讯装置正是为了满足此需求而设计的，该设备能够解决水泥厂堆取料机与工厂自动化系统的无线通讯，实现联锁控制信号的传输和交换。无线Profibus-DP通讯技术在水泥厂堆取料机上应用后，取消了原硬接线的一些相关附属设备，如：电机，卷盘，控制电缆，滑环等，为移动式的堆取料机节约了空间，也使得机械设计上更为简单。

3.系统结构原理
Profibus-DP通讯是针对数据链路层和用户层来说的，其数据通讯格式由PROFIBUS基金会规定，而其物理层则完全采用RS485规范。这样的通讯方式完全满足工厂自动化的控制网络的拓扑。我们选用的菲尼克斯的Profibus-DP无线通讯套装模块实际上是一个能传输RS232、RS485、RS422的多功能无线串口通讯模块。作为Profibus-DP无线通讯套装，是指厂家在出厂前就已配置好握手信号、奇偶校验等相关串口通讯参数，我们只需简单的接线，通电即可使用。

无线DP通信的方案配置：

无线DP通讯套装模块

系统图

4．该系统的特点

该系统使用了跳频扩频的技术FHSS来抵抗工业现场的干扰，且工作在免费的频率段2.4GHz,传输功率100mW(20dBm),这些特性都使它可在工业现场稳定工作。PSI-WL蓝牙转换模块用于传输RS-232,RS-422和RS-485。

由于数据被分割为非常小的数据包，在不同频率的通道内发送，所以，即使发生冲突，也可以在很短的时间内（微秒）更改发射通道，菲尼克斯的蓝牙设备采用的ISM 2.4G免费频段，并在835M Hz的范围内均分了79个通道供蓝牙通讯使用（见下图）

(1)传输通过电磁波在空间进行，减少了耗时以及昂贵的安装过程；
(2)由于天线的发散特性，无线电波可以覆盖室内和室外的大片空间，可以将自由移动物体，不受地域影响纳入控制网络。电磁通讯解决方案无磨损、耐脏，这意味着在有移动物体的应用场合，相对于传统的滑环等，无线通讯是免维护的通讯方案。
（3）系统集成了PCS自动控制、无线通讯、网络通讯等技术，将有线和无线、电气和PLC、PLC与PLC数据、原系统和新系统有机的融合成一个整体。联锁控制的数据信号，通过Profibus-DP通讯模块直接传输到PCS系统，直接简单的下挂在工厂的自动化控制PCS组成控制网络。而且无需组态编程，即插即用，快速启动，提高了系统对各种信号的快速传输，减少了延时。
（4）与一般点对点通讯方式相比，主站只需2套无线收发设备(包括冗余)，主站与电器设备之间不用传统的开关量硬件连接，直接以通讯方式与原PCS控制系统连接，节省继电器、电缆和PLC的开关量输入输出模板。
(5)采用2.4 GHz 免费频段，无需申请，无需付费。
针对原料场堆取料机数量大分布集中的特点，选各个堆取料机子站与混匀配料室主站构成一对一的无线Profibus-DP通信网络，以直接寻到Profibus-DP网络中设备的地址，避免各机之间的相互干扰；针对料场料堆较高，料的导电性强，料场附近PLC控制系统较多的特点，选特高频通讯频段，以减少对料场附近PLC控制系统及其它通讯设备的干扰，降低发射信号的功率；针对通讯信号数量多的情况，选择直接的网络通讯直接和上位进行数字交换，以减少其相互干扰。

5．应用效果和结论
系统投入运行后，工作稳定可靠，彻底解决了存在的问题，促进了生产指标的提升，达到了人身及设备安全的目的。无线Profibus-DP通信技术应用于大型移动设备的控制，而且是直接应用到现场级的控制网络中。尤其应用在设备数量较多，分布集中，移动范围较大的工业现场条件下，其优点突出，性价比高，值得推广。