無線通訊技術(shù)在發(fā)電廠斗輪機(jī)上的應(yīng)用研究

黃 達(dá)，吳莉娟，張志鵬，陳康路，鄧志昆

（中電投江西電力有限公司新昌發(fā)電分公司，江西南昌 330117）

0 引言

目前，國內(nèi)大部分電廠的斗輪機(jī)與集控室之間的信號(hào)傳輸還是通過電纜卷筒和控制卷纜來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)電廠來說，斗輪機(jī)作業(yè)時(shí)需要頻繁地走行，卷纜由于在地面拖動(dòng)且頻繁受力，加上環(huán)境惡劣、運(yùn)行老化，卷纜中的控制信號(hào)線非常容易出現(xiàn)拉斷的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)故障時(shí)斗輪機(jī)無法實(shí)現(xiàn)信號(hào)連鎖，導(dǎo)致皮帶聯(lián)鎖不上，很容易造成斗輪機(jī)皮帶堵煤的生產(chǎn)事故。加之控制線斷芯往往在內(nèi)部，外部無法查看，所以增加了故障查找及處理的難度。這種系統(tǒng)缺陷對(duì)生產(chǎn)會(huì)造成不良的影響，同時(shí)也加重了運(yùn)行操作人員和設(shè)備檢修人員的工作強(qiáng)度和維護(hù)難度。

1 無線通訊技術(shù)

1.1 無線通訊原理

無線通訊擺脫了傳統(tǒng)通訊技術(shù)存在的不足，無需借助于有線連接就能實(shí)現(xiàn)機(jī)器之間的對(duì)話交流，這是我國通信行業(yè)技術(shù)革新的重要標(biāo)志。無線通信主要借助無線電波連接，以達(dá)到各類數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)男枰瑢o線通訊技術(shù)廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀器設(shè)施自動(dòng)化控制，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。

1.2 與有線傳輸方式比較

在工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)合，無線電的最大優(yōu)勢(shì)在于“無線”，建立通訊鏈路非常靈活、快捷。相對(duì)于有線傳輸方式，無線通訊具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

1）解決移動(dòng)設(shè)備、旋轉(zhuǎn)設(shè)備敷設(shè)線纜困難或根本不可能的通訊問題。

2）解決由于長距離、大范圍布線行不通或不經(jīng)濟(jì)或維護(hù)太困難的通訊問題。

3）作為有線通訊網(wǎng)絡(luò)（例如光纖）的備份或補(bǔ)充。

正如光纖通訊手段不能完全取代無線電通訊一樣，反過來，無線電通訊手段也不能完全取代光纖通訊手段。無線通訊技術(shù)主要存在以下幾項(xiàng)缺點(diǎn)：

1）無線通訊方式比有線傳輸方式的誤碼率更高，無線電通訊誤碼率（BER）指標(biāo)：10-6，而光纖通訊的誤碼率（BER）指標(biāo)為10-11。

2）無線通訊方式的傳輸速率比有限傳輸方式低，無線電通訊速率為百M(fèi)bps數(shù)量級(jí)，而光纖通訊速率為千Mbps數(shù)量級(jí)。

3）無線通訊方式的抗干擾性比有限傳輸更差，無線電通訊需要克服周圍電磁環(huán)境影響，而光纖通訊不受周圍電磁環(huán)境影響。

1.3 無線通訊技術(shù)改造的優(yōu)點(diǎn)

1）將成熟的PLC技術(shù)、無線通訊技術(shù)應(yīng)用到輸煤程控與葉輪給煤機(jī)的遠(yuǎn)方控制，可解決現(xiàn)場(chǎng)控制滑纜問題多，只能就地控制的實(shí)際困難，實(shí)現(xiàn)集控室對(duì)葉輪給煤機(jī)上煤，進(jìn)行控制及聯(lián)鎖。

2）按標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及模塊化有關(guān)規(guī)范考慮設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)按分層、分散控制思路設(shè)計(jì)，使用無線信號(hào)傳輸?shù)氖侄?，避免控制電纜被頻繁地來回拖動(dòng)造成的破損，以及由此帶來的停機(jī)故障和維修工作量。

3）避免控制電纜和動(dòng)力電纜共同架設(shè)所引起的控制信號(hào)干擾問題。

4）選用模塊化的功能組態(tài)軟件，提高軟件可靠性，操作員終端人機(jī)界面友好。

2 系統(tǒng)解決方案

2.1 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境概述

為從根本上解決有線傳輸系統(tǒng)給斗輪機(jī)帶來的設(shè)備缺陷，以方便維護(hù)，減少維護(hù)費(fèi)用，降低生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備檢修維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行并提高設(shè)備維護(hù)的管理水平，某火電廠決定對(duì)斗輪機(jī)實(shí)施無線通訊控制系統(tǒng)的改造。

該發(fā)電廠煤場(chǎng)一半位于露天，一半在干煤棚內(nèi)，干煤棚是一個(gè)半封閉的鋁合金結(jié)構(gòu)，整個(gè)煤場(chǎng)大約長幾百米，距離輸煤程控室大約距離約兩百米。煤場(chǎng)周圍有很多大型的電氣和機(jī)械設(shè)備，工業(yè)建筑。為了避免煤場(chǎng)周圍較多的電磁干擾，所以就要求無線系統(tǒng)有高的發(fā)射功率和高靈敏度以及抗干擾能力。這樣，無線通訊系統(tǒng)才能有可靠的通訊質(zhì)量，保證工業(yè)控制通訊的實(shí)時(shí)性、可靠性和穩(wěn)定性。

干煤棚的鋁合金結(jié)構(gòu)要求無線系統(tǒng)有高的發(fā)射功率和高靈敏度，而且無線電波在這種封閉的金屬結(jié)構(gòu)里會(huì)產(chǎn)生很多反射，應(yīng)有足夠地對(duì)系統(tǒng)抗多徑干擾的能力。

2.2 系統(tǒng)解決方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，本著先進(jìn)性，簡(jiǎn)潔性，可靠性為主，兼顧經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)原則，分別在輸煤程控室和兩臺(tái)斗輪機(jī)上配置無線通訊裝置，無線通訊裝置分別和程控室的程控PLC還有斗輪機(jī)上PLC直接通過網(wǎng)線連接，連接到PLC上的NOE以太網(wǎng)通訊模塊。程控室PLC和斗輪機(jī)上PLC通過1對(duì)2的主從無線網(wǎng)絡(luò)直接連接起來，這樣從硬件接線的形式上完全取代了原有的卷纜有線系統(tǒng)，并且取代的是帶來故障和不穩(wěn)定的移動(dòng)有線部分。程控室的輸煤程控PLC和無線通訊裝置作為主站通過無線通訊鏈路向斗輪機(jī)上的從站發(fā)送聯(lián)鎖控制數(shù)據(jù)，斗輪機(jī)上的從站接收到數(shù)據(jù)后，通過一個(gè)交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉份啓C(jī)上PLC，通過機(jī)上PLC來控制斗輪機(jī)的一些作業(yè)（如斗輪皮帶聯(lián)鎖）；斗輪機(jī)的一些運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)和聯(lián)鎖信號(hào)也由機(jī)上PLC通過無線通訊鏈路返回到輸煤程控PLC（如地面皮帶聯(lián)鎖）。從而系統(tǒng)取代了有線卷纜，實(shí)現(xiàn)了機(jī)上PLC控制的無線通訊傳輸，無線通訊傳輸系統(tǒng)對(duì)于輸煤程控PLC控制系統(tǒng)是“透明”的，從運(yùn)行操作上來說就可以看作是原來的有線卷纜系統(tǒng)。只不過變?yōu)榱烁?jiǎn)單、靈活和可靠的工業(yè)無線傳輸方式。

系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)主要配置

系統(tǒng)主要配置如下：

1）3臺(tái)工業(yè)無線電調(diào)制解調(diào)器。

2）高增益全向天線3套。

3）射頻小線3根。

4）通信電源3套。

5）避雷器3套。

6）4口工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)3臺(tái)。

3 系統(tǒng)改造實(shí)施成效

斗輪機(jī)與輸煤程控進(jìn)行無線通訊改造后，信號(hào)傳輸正常、設(shè)備運(yùn)行可靠，未發(fā)生因信號(hào)傳輸故障造成的斗輪機(jī)停止運(yùn)行，大幅度提高了設(shè)備可靠性。

1）降低了生產(chǎn)維護(hù)成本。斗輪機(jī)與輸煤程控進(jìn)行無線通訊改造后，可以解決有線傳輸系統(tǒng)給斗輪機(jī)帶來的設(shè)備缺陷，方便維護(hù)，減少維護(hù)費(fèi)用，降低生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備檢修維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，并提升設(shè)備維護(hù)的管理水平。

2）提升企業(yè)外部形象，減少來煤卸車延時(shí)費(fèi)。該系統(tǒng)實(shí)施改造后，有效解決了因信號(hào)傳輸故障造成的斗輪機(jī)停止運(yùn)行的問題，煤場(chǎng)接待來煤的能力得到提升。

3）提高機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定性，保證機(jī)組接待負(fù)荷能力。斗輪機(jī)與輸煤程控進(jìn)行無線通訊改造后，降低了斗輪機(jī)的故障率，能有效提升煤廠的供煤能力，保證機(jī)組接待負(fù)荷不受此影響。

4 結(jié)束語

依照以上配置和解決方案對(duì)輸煤程控與斗輪機(jī)的信號(hào)傳輸改造后，大大提高了設(shè)備可靠性，減少了設(shè)備故障發(fā)生概率，降低生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備檢修維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)先設(shè)計(jì)的要求。通過對(duì)輸煤程控系統(tǒng)的無線通訊技術(shù)的深入研究，對(duì)于改變當(dāng)前我國電力企業(yè)輸煤管理的落后狀態(tài)，對(duì)實(shí)現(xiàn)其高度自動(dòng)化有著重要的應(yīng)用價(jià)值。