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[摘 要]叶轮给煤机与上位输煤PLC程序的联锁是通过拖缆进行控制和信号交换的，叶轮给煤机在长期往返运行过程中拖缆随之往返运动导致拖缆磨损，频繁出现断芯，造成信号丢失的现象，叶轮给煤机失去控制，导致无法正常上煤，严重影响机组的安全运行。通过对叶轮给煤机进行数字无线通信控制改造可有效提高设备运行安全性、可靠性和经济性。
[关键词]数字无线控制；叶轮给煤机；无线视频； 安全性；可靠性； 经济性
中图分类号：S955 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0137-01
1.概述
叶轮给煤机是目前火电厂最常用的汽车卸煤转运的有轨式拨煤设备。通过叶轮给煤机往返运动使卸煤沟的煤被旋转拨轮将煤拨到皮带上。叶轮给煤机通过远方集控室输煤程控控制，实现叶轮给煤机与输煤皮带的联锁控制，因此对控制信号传输的安全性和可靠性上要求非常高。我公司共有4台叶轮给煤机都是通过拖缆进行控制信号的传输，与输煤PLC进行通信连锁控制。
2.叶轮给煤机改造前
我公司叶轮给煤机控制系统采用拖缆方式传输数字量和模拟量信号。生产运行8年以来，由于叶轮给煤机在汽车卸煤沟所处环境恶劣，信号故障率较高，人员劳动强度较大。在叶轮给煤机工作使用过程中拖缆经常磨损，影响叶轮给煤机的正常通讯，由于磨损，需要对拖缆进行裁剪，剪裁掉磨损部位导致拖缆长度缩短，叶轮给煤机行程缩短，汽车卸煤沟两头无法卸煤，卸煤沟空间得不到合理有效的利用。同时叶轮给煤机现使用的拖缆在长期使用过程中时常出现绝缘层磨损、电缆反复曲折导致断芯等情况，影响叶轮给煤机的正常运行。截断拖缆影响叶轮给煤机工作行程，而电缆续接也会给叶轮给煤机带来不安全隐患。
3.进行技术改造的必要性
我公司四台叶轮给煤机现在使用的拖缆，单台叶轮给煤机所用电缆约150米，每米大概价格约为160元/米，总计约为2.4万元，一年需要换将近300米拖缆，大概花费4.8万元，经济性比较差，更换比较麻烦。
同时为了避免剪裁掉磨损部位导致的拖缆长度缩短致使叶轮给煤机行程缩短，汽车卸煤沟两头叶轮给煤机无法达到，煤仓的煤无法进行转运，为了使卸煤沟空间得到合理有效的利用并减少人员劳动强度，而且专用拖缆造价高经济性差，所以改为无线通讯是必要的。
4.方案论证
经过认真调研，总共讨论了是三种方案如下：
改造方案一：将拖缆传输方式使用优质进口移动拖缆，移动拖缆是传统叶轮给煤机的标配信号控制传输载体。优质的移动拖缆耐弯折性能较好，在一定程度上增加其使用年限，但由于叶轮给煤机移动频繁，工作现场环境恶劣，随着时间积累电缆老化加剧，以及弯折达到极限，电缆就会逐渐出现断芯现象，甚至会被扎断，从而导致信号丢失的風险增大，无法控制叶轮给煤机。
缺点：叶轮给煤机改用更加优质移动拖缆，采购电缆，采购电缆动辄几十万，成本昂贵，电缆的使用年限基本都在2-3年，后续维护更换费时费力，成本高经济性差。
改造方案二：使用载波通信。载波通信技术上较为成熟，但对应用对象及环境有很高的要求。载波通信有应用实例，但故障频发，多数原因是在移动场合下出现接触不良及电磁干扰，在通信方面属于早期落后技术，所以不建议使用此种方案。
改造方案三：使用数字无线技术通信、无线视频。鉴于改造前的无线设备信号丢失导致叶轮给煤机远程联锁监控失效，此次改造对无线技术和设备的主要性能提出更高要求，数据传输延时不超0.6S。数字无线技术具有很好的兼容性和扩展性，采用IEEE802.11b/g/n无线标准，满足电厂输煤系统叶轮给煤机联锁控制要求。同时由于叶轮给煤机在地下，运行环境差通信干扰较强，采用无线视频技术可以有效地减轻运行人员的劳动强度能实时监控叶轮给煤机的运行情况，保证设备安全运行。
通过对比调研，最终确定采用方案三数字无线技术改造叶轮给煤机联锁控制系统，能同时兼顾安全性、可靠性和经济性。
5.改造实施过程
设计思路是在叶轮给煤机和程控PLC之间的通讯回路上增加无线通讯系统，主要用于替代叶轮给煤机上与地面之间的活动部分的控制电缆，即在运动过程中最易出现问题而产生故障点的控制电缆部分。
首先，在四台叶轮给煤机的控制柜内，各设置一个无线从站，将叶轮给煤机的控制信号接入无线从站控制器，通过无线从站进行数字信号处理，然后从站控制器通过天线发送给输煤程控主站控制器天线。
其次，在叶轮给煤机的头部控制柜，设置无线主站控制器，将输煤程控发送给叶轮给煤机的控制命令接入无线主站控制器，通过无线主站数字信号处理，主站控制器通过天线发送给叶轮给煤机的从站控制器天线。从站控制箱将信号还原为开关量或模拟量信号后，经多芯控制电缆，接到叶轮给煤机PLC控制柜内对应的控制端子排上，主站接到信号转接箱，最后通过电缆与输煤程控的PLC进行通讯和控制。主、从机之间通过数字无线通讯，从而实现输煤程控系统对斗轮机的联锁和远程控制。这样就使无线的主站和从站实现信息的通信，从而能够控制叶轮给煤机。
同时，对叶轮给煤机的现场情况进行数字化处理，通过网络将视频信号传输到输煤集控室，使运行人员能实时掌握现场情况，很大程度上减轻了运行人员的劳动强度。
控制流程：叶轮给煤机从站控制器站控制器中间转接箱输煤PLC
6.技术特点
在实施过程中，需要充分考虑应用设备的运行特点和环境，因此，主、从控制箱设计需符合IP65防护等级。长期暴露在地下需耐潮湿的环境下，箱体采用厚度不低于2.0mm的不锈钢材质。
为提高设备稳定性及应急维护能力，系统采用模块化设计，将天线，馈线，信号处理模块，控制器模块插接设计，方便维护和更换；
通信技术上，采用2.4G技术，信号处理采用跳频扩频，增强信号的抗干扰能力，数据重传提升数据的完整和准确，减少丢包；同时CRC加密使得信号稳定可靠。
7.实施效果
经过改造后，通过相关的通信测试，数据延时平均控制在0.4s以内，数据未有丢失情况。叶轮给煤机的控制系统为数字无线传输方式，若当前通信方式出现故障，系统自动发出通讯报警，保障设备连续正常运行的同时，检修时间也较为充裕。改造后效果明显，设备运行的可靠性提高，明显节约了经济成本。
8.结语
通过这项改造，采用适应设备和环境的方案设计，实现叶轮给煤机非接触式联锁控制，数字无线通信技术应用在叶轮给煤机的联锁控制中，具有很强的适应性和可靠性，最大限度地降低了移动磨损带来的通讯故障风险。完全满足电厂输煤系统中输煤程控和叶轮给煤机之间的数据交换与控制。自改造以来，大大提高了设备运行的可靠性和运行质量，为输煤运行提供了可靠保证，同时也为数字无线技术在电厂的技术革新中提供了宝贵经验。
参考文献
[1] 史军刚，白小平.《电气控制技术》西安：西安电子科技大学出版社，2006.
[2] 王福昌，熊兆飞，黄本雄.《通信原理》北京：清华大学出版社，2006.
[3] 邱恭安.《现代数字无线通信传输技术的研究》.昆明理工大学，2003.
[关键词]数字无线控制；叶轮给煤机；无线视频； 安全性；可靠性； 经济性
中图分类号：S955 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0137-01
1.概述
叶轮给煤机是目前火电厂最常用的汽车卸煤转运的有轨式拨煤设备。通过叶轮给煤机往返运动使卸煤沟的煤被旋转拨轮将煤拨到皮带上。叶轮给煤机通过远方集控室输煤程控控制，实现叶轮给煤机与输煤皮带的联锁控制，因此对控制信号传输的安全性和可靠性上要求非常高。我公司共有4台叶轮给煤机都是通过拖缆进行控制信号的传输，与输煤PLC进行通信连锁控制。
2.叶轮给煤机改造前
我公司叶轮给煤机控制系统采用拖缆方式传输数字量和模拟量信号。生产运行8年以来，由于叶轮给煤机在汽车卸煤沟所处环境恶劣，信号故障率较高，人员劳动强度较大。在叶轮给煤机工作使用过程中拖缆经常磨损，影响叶轮给煤机的正常通讯，由于磨损，需要对拖缆进行裁剪，剪裁掉磨损部位导致拖缆长度缩短，叶轮给煤机行程缩短，汽车卸煤沟两头无法卸煤，卸煤沟空间得不到合理有效的利用。同时叶轮给煤机现使用的拖缆在长期使用过程中时常出现绝缘层磨损、电缆反复曲折导致断芯等情况，影响叶轮给煤机的正常运行。截断拖缆影响叶轮给煤机工作行程，而电缆续接也会给叶轮给煤机带来不安全隐患。
3.进行技术改造的必要性
我公司四台叶轮给煤机现在使用的拖缆，单台叶轮给煤机所用电缆约150米，每米大概价格约为160元/米，总计约为2.4万元，一年需要换将近300米拖缆，大概花费4.8万元，经济性比较差，更换比较麻烦。
同时为了避免剪裁掉磨损部位导致的拖缆长度缩短致使叶轮给煤机行程缩短，汽车卸煤沟两头叶轮给煤机无法达到，煤仓的煤无法进行转运，为了使卸煤沟空间得到合理有效的利用并减少人员劳动强度，而且专用拖缆造价高经济性差，所以改为无线通讯是必要的。
4.方案论证
经过认真调研，总共讨论了是三种方案如下：
改造方案一：将拖缆传输方式使用优质进口移动拖缆，移动拖缆是传统叶轮给煤机的标配信号控制传输载体。优质的移动拖缆耐弯折性能较好，在一定程度上增加其使用年限，但由于叶轮给煤机移动频繁，工作现场环境恶劣，随着时间积累电缆老化加剧，以及弯折达到极限，电缆就会逐渐出现断芯现象，甚至会被扎断，从而导致信号丢失的風险增大，无法控制叶轮给煤机。
缺点：叶轮给煤机改用更加优质移动拖缆，采购电缆，采购电缆动辄几十万，成本昂贵，电缆的使用年限基本都在2-3年，后续维护更换费时费力，成本高经济性差。
改造方案二：使用载波通信。载波通信技术上较为成熟，但对应用对象及环境有很高的要求。载波通信有应用实例，但故障频发，多数原因是在移动场合下出现接触不良及电磁干扰，在通信方面属于早期落后技术，所以不建议使用此种方案。
改造方案三：使用数字无线技术通信、无线视频。鉴于改造前的无线设备信号丢失导致叶轮给煤机远程联锁监控失效，此次改造对无线技术和设备的主要性能提出更高要求，数据传输延时不超0.6S。数字无线技术具有很好的兼容性和扩展性，采用IEEE802.11b/g/n无线标准，满足电厂输煤系统叶轮给煤机联锁控制要求。同时由于叶轮给煤机在地下，运行环境差通信干扰较强，采用无线视频技术可以有效地减轻运行人员的劳动强度能实时监控叶轮给煤机的运行情况，保证设备安全运行。
通过对比调研，最终确定采用方案三数字无线技术改造叶轮给煤机联锁控制系统，能同时兼顾安全性、可靠性和经济性。
5.改造实施过程
设计思路是在叶轮给煤机和程控PLC之间的通讯回路上增加无线通讯系统，主要用于替代叶轮给煤机上与地面之间的活动部分的控制电缆，即在运动过程中最易出现问题而产生故障点的控制电缆部分。
首先，在四台叶轮给煤机的控制柜内，各设置一个无线从站，将叶轮给煤机的控制信号接入无线从站控制器，通过无线从站进行数字信号处理，然后从站控制器通过天线发送给输煤程控主站控制器天线。
其次，在叶轮给煤机的头部控制柜，设置无线主站控制器，将输煤程控发送给叶轮给煤机的控制命令接入无线主站控制器，通过无线主站数字信号处理，主站控制器通过天线发送给叶轮给煤机的从站控制器天线。从站控制箱将信号还原为开关量或模拟量信号后，经多芯控制电缆，接到叶轮给煤机PLC控制柜内对应的控制端子排上，主站接到信号转接箱，最后通过电缆与输煤程控的PLC进行通讯和控制。主、从机之间通过数字无线通讯，从而实现输煤程控系统对斗轮机的联锁和远程控制。这样就使无线的主站和从站实现信息的通信，从而能够控制叶轮给煤机。
同时，对叶轮给煤机的现场情况进行数字化处理，通过网络将视频信号传输到输煤集控室，使运行人员能实时掌握现场情况，很大程度上减轻了运行人员的劳动强度。
控制流程：叶轮给煤机从站控制器站控制器中间转接箱输煤PLC
6.技术特点
在实施过程中，需要充分考虑应用设备的运行特点和环境，因此，主、从控制箱设计需符合IP65防护等级。长期暴露在地下需耐潮湿的环境下，箱体采用厚度不低于2.0mm的不锈钢材质。
为提高设备稳定性及应急维护能力，系统采用模块化设计，将天线，馈线，信号处理模块，控制器模块插接设计，方便维护和更换；
通信技术上，采用2.4G技术，信号处理采用跳频扩频，增强信号的抗干扰能力，数据重传提升数据的完整和准确，减少丢包；同时CRC加密使得信号稳定可靠。
7.实施效果
经过改造后，通过相关的通信测试，数据延时平均控制在0.4s以内，数据未有丢失情况。叶轮给煤机的控制系统为数字无线传输方式，若当前通信方式出现故障，系统自动发出通讯报警，保障设备连续正常运行的同时，检修时间也较为充裕。改造后效果明显，设备运行的可靠性提高，明显节约了经济成本。
8.结语
通过这项改造，采用适应设备和环境的方案设计，实现叶轮给煤机非接触式联锁控制，数字无线通信技术应用在叶轮给煤机的联锁控制中，具有很强的适应性和可靠性，最大限度地降低了移动磨损带来的通讯故障风险。完全满足电厂输煤系统中输煤程控和叶轮给煤机之间的数据交换与控制。自改造以来，大大提高了设备运行的可靠性和运行质量，为输煤运行提供了可靠保证，同时也为数字无线技术在电厂的技术革新中提供了宝贵经验。
参考文献
[1] 史军刚，白小平.《电气控制技术》西安：西安电子科技大学出版社，2006.
[2] 王福昌，熊兆飞，黄本雄.《通信原理》北京：清华大学出版社，2006.
[3] 邱恭安.《现代数字无线通信传输技术的研究》.昆明理工大学，2003.