基于无线网络控制系统在沥青站的设计与应用

1  引言

     沥青搅拌站目前现场接线错综复杂，接线工作量大，线缆容易出现误接，设备现场安装和调试极不方便，而且设备维护中线路故障在设备故障中占有极高比重；沥青搅拌站目前现场接线为信号线与动力线走同一线槽，在原有布线上信号线易受大电流动力线干扰。为了缩短现场接线工作量，为了给沥青站安装、调试和维护提供便利，缩短安装和调试工期，同时为了易于进行设备维护，降低设备故障率，采用无线网络通信是最佳选择。无线网络通信包括对控制系统各功能模块进行数字量信号采集、数字量动作信号输出、模拟量输入信号采集和模拟量信号输出等的无线数据传输。同时随着无线网络技术的发展，在抗干扰能力上，无线网络通信越来越显示其优越性。

2  项目设计

2.1项目总体

        无线通信模式包括基于ieee 802.15.4无线通信协议的zigbee等,基于ieee802.11无线通信协议的wlan等,基于ieee802.15.3无线通信协议的通信技术、蓝牙技术等。

本设计为一种集无线网络传输于一体的沥青站设备，涉及沥青搅拌站设备。本设计的设计思路：在本设计中建一个全面无线网络通信覆盖的沥青站，实现控制室内监控操作台（电脑）、控制器（plc）之间采用工业以太网，实现控制室外各个功能模块与控制器（plc）之间无线网络通信。此设计可以实现沥青站全方位的无线网络通信。

2.2技术方案

        在控制室内监控操作台（电脑）通过电缆连接控制室内控制器（plc）和无线模块。在控制室外控制器（plc）通过无线模块和天线，作为客户端；在控制室外各个功能模块通过电缆连接无线模块和天线，作为接入点。 所述无线网络技术运用中，分工业以太网网络、一级无线网络和二级无线网络，如图1所示。



图1 网络搭建示意图

2.3无线网络

        所述工业以太网网络中，由监控台、操作台、主站控制器、分站控制器、交换机、电缆、无线模块和天线组成，工业以太网所有组成均在控制室内。监控台、操作台、主站控制器、分站控制器和无线模块通过电缆都连接在交换机上，天线安装在无线模块上。监控台、操作台、主站控制器、分站控制器和无线模块通过交换机进行数据传输。

在工业以太网络中，监控台、操作台为管理层，主站控制器、分站控制器为控制层。在工业以太网中完成监控台对现场工况（主站控制器、分站控制器）的监控，对任何正常或不正常状态进行相应提示；完成操作台对现场动作（主站控制器、分站控制器）的操作，达到生产目的。

        所述一级无线网络中，由主站控制器、交换机、无线模块、天线、冷料部分分布式控制器、计量部分分布式控制器、搅拌部分分布式控制器、小车部分分布式控制器组成。

        所述二级无线网络中，由分站控制器、交换机、无线模块、天线、燃烧器部分分布式控制器组成。在二级无线网络中，分站控制器作为客户端，燃烧器部分分布式控制器作为接入点。分站控制器通过交换机、完成对燃烧器部分分布式控制器的数据读写操作。 

        由以上可知，本发明设计使用工业以太网网络、一级无线网络和二级无线网络，完成数据的传输过程。这种网络搭建形式不仅完成了管理级与控制级的数据传输，也完成了控制级与设备级的数据传输。整个传输过程层次分明，稳定可靠，达到设计目的，如图2所示。



图2 实施例无线网络示意图

3  软件设计

沥青搅拌站无线网络控制方法的控制流程如图3所示。



图3 实施例无线网络流程示意图

    步骤s400，流程启动并完成初始化；步骤s401，当监控操作台指令发送时，有一个指令发送地点判断，判断当指令是发送到主站控制器时，流程走向s402；判断当指令是发送到分站控制器时，流程走向s416；步骤s402，当监控操作台指令是发送到主站控制器时，主站控制器得到指令接收；步骤s403，主站控制器通过工业以太网得到监控操作台的指令信号，主站控制器开始进行向下一级进行指令传递，即主站控制器指令发送，当主站控制器指令发送到冷料部分分布式控制器时，流程走向s404；当主站控制器指令发送到计量部分分布式控制器时，流程走向s407；当主站控制器指令发送到搅拌部分分布式控制器时，流程走向s410；当主站控制器指令发送到小车部分分布式控制器时，流程走向s413；步骤s404，当主站控制器指令发送到冷料部分分布式控制器时，冷料部分分布式控制器得到指令接收；步骤s405和s406，当冷料部分分布式控制器通过无线网络得到主站控制器指令时，通过冷料部分分布式控制器的指令发送，将执行命令传递给传感器和动作执行器；步骤s407，当主站控制器指令发送到计量部分分布式控制器时，计量部分分布式控制器得到指令接收；步骤s408和s409，当计量部分分布式控制器通过无线网络得到主站控制器指令时，通过计量部分分布式控制器的指令发送，将执行命令传递给传感器和动作执行器；步骤s410，当主站控制器指令发送到搅拌部分分布式控制器时，搅拌部分分布式控制器得到指令接收；步骤s411和s412，当搅拌部分分布式控制器通过无线网络得到主站控制器指令时，通过搅拌部分分布式控制器的指令发送，将执行命令传递给传感器和动作执行器；步骤s413，当主站控制器指令发送到小车部分分布式控制器时，小车部分分布式控制器得到指令接收；步骤s414和s415，当小车部分分布式控制器通过无线网络得到主站控制器指令时，通过小车部分分布式控制器的指令发送，将执行命令传递给传感器和动作执行器；步骤s416，当监控操作台指令是发送到分站控制器时，分站控制器得到指令接收；步骤s417，分站控制器通过工业以太网得到监控操作台的指令信号，分站控制器开始进行向下一级进行指令传递，即分站控制器指令发送，当分站控制器指令发送到燃烧器部分分布式控制器时，流程走向s418；步骤s418，当分站控制器指令发送到燃烧器部分分布式控制器时，燃烧器部分分布式控制器得到指令接收；步骤s419和s420，当燃烧器部分分布式控制器通过无线网络得到分站控制器指令时，通过燃烧器部分分布式控制器的指令发送，将执行命令传递给传感器和动作执行器。

4  结束语

    本设计使用在沥青站通信中，管理级到控制级的工业以太网通信，控制级到设备级的无线网络通信。本设计把握时代脉搏，走在技术前沿，将无线网络通信运用于沥青站系统。无线网络通信适应时代需要，为沥青站提供向高端产品发展的方向。管理层和控制层之间采用的工业以太网通信模式；控制层与设备层之间采用的无线通信模式；控制层采用的主站-分站式控制模式；设备层采用的分布式控制模式。

作者简介

罗 锋（1984-）男 工学硕士，电气工程师，任职于三一重工股份有限公司路机事业部。

参考文献

[1]高汉荣.工业无线网络的现状及发展趋势[j].中国仪器仪表，2008.

[2]李春林，程健.工业自动化领域中的无线技术[j].工业仪表与自动化装置，2007(1).