1 前言
行車對于寶鋼煉鋼廠組織生產(chǎn)起著至關重要的作用。從煉鐵廠運來的鐵水經(jīng)過脫硫預處理、鐵水稱量后倒入轉(zhuǎn)爐，再加上廢鋼，經(jīng)過轉(zhuǎn)爐的吹煉就成為鋼水。鋼水根據(jù)不同的要求需要進行爐外精煉，如RH處理、LF爐處理、KIP/CAS處理等。經(jīng)過爐外精煉后的鋼水，再運送到各澆鑄跨進行模注澆鋼，或者送到連鑄平臺進行連鑄澆鋼，連鑄板坯經(jīng)過精整后，再送到板坯庫場。這就是一煉鋼的生產(chǎn)工藝流程，如圖1所示。
鋼水從轉(zhuǎn)爐到爐外精煉，再到澆鋼，最后到板坯庫場，在這過程中，一共有10多處工位點，鋼水在這10多處工位點之間的運行，都由行車來承擔，這樣的行車在一煉鋼共有7臺，以滿足煉鋼廠的生產(chǎn)物流需要。在一煉鋼，每天大約要生產(chǎn)75爐鋼水，對于每一爐鋼水，都需要經(jīng)過這7輛行車來吊運。由此可見，行車在如此高產(chǎn)量的生產(chǎn)過程中所起的作用是不言而喻的，同時也可以看出這7輛行車的工作任務十分繁重，在如此快節(jié)奏的生產(chǎn)過程中，若想對其進行人工調(diào)度，顯然是不現(xiàn)實的，而且人工調(diào)度很容易出錯。既然不能對行車進行人工調(diào)度，那么就要對其實現(xiàn)自動控制，而每一爐鋼水需要作哪種工藝處理，需要運行到哪個工位點，是由煉鋼廠調(diào)度安排的，這些計劃信息都存放在過程控制計算機中，要想對行車實現(xiàn)自動控制，讓行車操作工通過操作顯示盤知道每爐鋼水該運到哪個工位點，以及如何將空包重量和鋼水重量送給過程控制計算機等等，這就要求過程控制計算機與行車之間建立一種通信聯(lián)系來實現(xiàn)。但是行車與過程控制計算機相隔甚遠，加上行車一直在來回開動，因此在它們之間若想通過有線電纜來傳送信號顯然是不可取的，所以在行車與過程控制計算機之間需要建立一種無線數(shù)據(jù)通信聯(lián)系，以實現(xiàn)對行車的自動控制。
2 方案設計
為了滿足對行車進行自動控制的要求，我們設計了以下方案。考慮到煉鋼廠生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣，生產(chǎn)工藝復雜，工位點多、面廣，因此該方案中的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一定要運行穩(wěn)定、安全可靠、抗干擾能力強。此外，為保證信息暢通，該系統(tǒng)所包含的設備要盡量少，應該最大限度地減少中間設備，確保信息正常、安全、可靠地傳送。
另外，在一煉鋼區(qū)域的7臺行車中，由于生產(chǎn)工藝的原因，其中4臺行車與轉(zhuǎn)爐過程控制計算機有通信聯(lián)系，3臺行車與精整過程控制計算機有通信聯(lián)系，因此我們把無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)。兩個子系統(tǒng)工作原理相同，唯一有區(qū)別的地方是:轉(zhuǎn)爐區(qū)域的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中有4個子站，而精整區(qū)域的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中有3個子站。同時，轉(zhuǎn)爐計算機和精整計算機又通過以太網(wǎng)連在一起，這樣使得所有信息都保持連通性。該系統(tǒng)的組成框圖如圖2所示。
該方案的工作原理是這樣的:當系統(tǒng)上電后，主站與子站之間就建立了無線通信聯(lián)系。儀表側(cè)的操作顯示盤通過串行口與子站相連，主站也是通過串行口與工控機相連，工控機再通過以太網(wǎng)與計算機相連。當儀表側(cè)的操作顯示盤上有信息要傳給計算機時，它先把數(shù)據(jù)通過串行接口傳給子站，子站通過天線以無線方式把數(shù)據(jù)傳給主站，主站收到信息經(jīng)過處理后，通過串行接口把數(shù)據(jù)傳送給工控機，工控機將收到的信息進行翻譯、處理，變成另一種電文格式，通過網(wǎng)絡傳給計算機;反之，也一樣。在這個系統(tǒng)中的工控機其實就是1臺Gateway,它的作用就是把兩個具有不同通信協(xié)議的設備連接起來。
3 方案實施
為滿足以上的設計方案，就需要建立一個安全、快速、靈活、可控的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。ABB公司的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)就是為此目的而開發(fā)出來的先進的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
ABB公司的這套無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中最關鍵的設備是主站和子站，其性能的優(yōu)劣關系到整個系統(tǒng)是否能正常、穩(wěn)定運行。而主站和子站從設備的角度看完全是一樣的，只要通過專門程序?qū)ζ溥M行參數(shù)設置和修改，就可以實現(xiàn)不同的功能，即該設備既可以作為主站使用，也可作為子站使用?？梢?，該設備的通用性十分強。
3.1 系統(tǒng)配置
ABB公司的這套無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)爐區(qū)域的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和精整區(qū)域的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)都由主站、子站、工控機和操作顯示盤組成。在轉(zhuǎn)爐區(qū)域的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，主站和工控機安裝在一煉鋼機房，4個子站分別安裝在相應行車的電氣室，4個操作顯示盤則安裝在行車的駕駛室;在精整區(qū)域的無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，主站和工控機安裝在一連鑄機房，3個子站分別安裝在相應行車的電氣室，3個操作顯示盤則安裝在行車的駕駛室。
在轉(zhuǎn)爐區(qū)域中，主站和子站的通信頻率是223.3MHz，在精整區(qū)域中，主站和子站的通信頻率是228.05MHz.這兩個頻點都經(jīng)過上海無線電管理委員會批準同意。主站與子站的系統(tǒng)平臺采用Windows95，應用程序的開發(fā)采用C++語言。
工控機采用研華MIC2000系列，主要配置包括CPU板、硬盤卡、軟驅(qū)卡、網(wǎng)卡。除此之外，還包括鍵盤、鼠標、CRT等。工控機的系統(tǒng)平臺采用Windows95中文版;應用開發(fā)平臺采用Visual Basic5.0中文企業(yè)版。
操作顯示盤主要是根據(jù)現(xiàn)場所需的信息而設計的，因此兩個區(qū)域的操作顯示盤所表示的內(nèi)容不一樣，這主要與生產(chǎn)工藝有關。行車操作工通過操作顯示盤的操作，就可以十分方便地獲得相關信息，實現(xiàn)了人機對話。
3.2 通信接口
各通信接口的規(guī)格包括接口類型、通信協(xié)議和傳送代碼等,如附表所示。
4 應用的技術(shù)
4.1抗干擾技術(shù)
和其它無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一樣，ABB公司的這套無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)同樣也存在著信號干擾的問題，這使得該系統(tǒng)的誤碼率增大。該系統(tǒng)的干擾主要有兩個方面:(1)各子站設備間的干擾。由于各子站與主站的通信頻率是相同的，而各子站間相隔的距離又不太遠，此時系統(tǒng)要產(chǎn)生同頻干擾。(2)差拍干擾。由于主站到各子站的距離各不相同，使子站收到的載頻信號之間產(chǎn)生相位差，從而在子站中產(chǎn)生差拍干擾。
針對以上兩種干擾，我們主要采取兩種方法:(1)主站采用順序發(fā)送信號的方式，使得在任何時刻只能有1臺子站接收到主站的信號，同時使信號的信噪比在17dB以上;(2)主站采用延時補償技術(shù)，把主站調(diào)制信號間的延時差限制在1/4個比特周期內(nèi)，此時子站即可得到滿意的接收率。
由于采用了以上兩種方法，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，大大降低了系統(tǒng)的誤碼率，一般情況下誤碼率≤10-6。
4.2 反饋糾錯技術(shù)
反饋糾錯技術(shù)又稱檢錯重發(fā)技術(shù)，主要使用自動要求重發(fā)(Automatic Repeat Request)方法，簡稱ARQ方法。該方法的工作原理是:接收端在接收到信息后，馬上將接收到的信息回送給發(fā)送端;發(fā)送端將接收到的信息與剛才發(fā)出的信息進行有無錯誤的判別,若正確，則通知接收端剛才所發(fā)的信息正確;若有錯，則重新給接收端發(fā)信息，直至校驗無誤。由于采用了反饋糾錯技術(shù)，因此該無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信息正確率非常高。
4.3 集群定時呼叫技術(shù)
主站與子站的通信采用集群定時呼叫方式(group polling)，即主站按時間順序分別與每個子站進行通信，兩者之間采用半雙工的工作方式。集群系統(tǒng)是一種高級無線調(diào)度系統(tǒng),其全部可用信道可以被全體用戶共用，并且具有自動選取信道的功能。它在中央控制器的控制下，將有限的無線信道自動地、動態(tài)地、最優(yōu)地分配給系統(tǒng)內(nèi)的全部用戶使用，具有共享資源、共享信道設備和共享覆蓋區(qū)的特點。
4.4 “GMSK”調(diào)制方式
“GMSK”是Gaussian Filtered Minimum Shift Keying的簡稱，它的中文全稱是高斯濾波最小移頻鍵控。GMSK是一種具有高抗干擾性能的窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)。它的基本方法是:數(shù)據(jù)信號首先經(jīng)過高斯低通濾波器整形成脈沖，脈沖再經(jīng)過FM調(diào)制，最后再輸出信號。由于高斯低通濾波器具有帶寬窄、沖擊響應過程小和濾波器輸出脈沖為一常量等特點，所以經(jīng)過高斯低通濾波器整形成的脈沖包絡無陡峭邊沿，也沒有拐點，因此再經(jīng)過FM調(diào)制后的頻率相位路徑就顯得比較平滑，輸出的信號具有誤碼率低、解調(diào)效率高、帶外輻射較小、傳送的波特率高等特點，適用于帶寬為25KHz的窄帶無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
5 結(jié)束語
行車無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)自1999年7月投入使用至今已有4年了，目前該設備運行正常，未發(fā)生過大的故障。由于該系統(tǒng)的誤碼率為≤10-6 ,因此數(shù)據(jù)傳送的準確率明顯提高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，為煉鋼廠的順產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供保障，深受煉鋼廠的好評。
此外，無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)具有較為廣泛的推廣性和實用性。該技術(shù)在煉鋼廠的成功應用，為寶鋼其他部門的應用提供了依據(jù)。其他部門若想實現(xiàn)遠程設備之間的通信，可以根據(jù)自己的實際情況，在參考煉鋼廠的行車無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基礎上，開發(fā)適合本單位使用的無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。
本文摘自《PLC&FA》
