无线通信对水泥生产线的作用范文

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伴随着工业自动化和网络技术的日新月异的发展，无线通信技术被越来越多地运用到工厂自动化应用方案中。水泥生产线是生产水泥的一系列设备组成的水泥设备生产线，主要由破碎及预均化、生料制备均化、预热分解、水泥熟料的烧成，水泥粉磨包装等过程构成。水泥主生产线一般采用大型DCS系统控制，而堆取料机等需要移动的设备一般采用小型PLC系统控制。主生产线的自动控制需要配合堆取料机的运行，因此DCS的控制系统需要读取PLC系统的实时数据并且写入控制PLC的输出，传统的MODBUS或者Profibus-DP通信虽然可以实现通信的要求，但是却要依赖于电缆的连接，这对于随时需要移动的堆取料机控制系统来说并不适合。BESTWAY水泥项目的方案设计中借助无线通信设备，通过无线通信参数的设置和组态软件编程处理，实现无线通信，达到DCS控制系统与PLC系统进行数据交换的目的。

1无线通信方案的系统配置

1.1系统硬件配置无线通信的系统网络配置如图1所示，其中工程师站用于软件组态和编译下载，DCS主控器为中控ECS-700系统（CPU为FCU712），以太网通信模块为COM742，二者通过E-BUS总线网络连接。水泥生产线的控制室距离现场堆取料机的驾驶室将近500m，采用多模光纤和光纤跳线连接网络交换机。煤粉和混合原料两套堆取料机共需要4套PLC，两组6台无线通信设备,无线通信距离在80m之内。

1.2无线通信设备配置无线通信设备AP模块（APC2M-EXT），是一款高性能、高稳定性的2.4GHz无线多用途产品。产品输出功率最高可达30dBm，内置802.11nMIMO无线内核，并配备两个N型外置天线接口，可连接双极化天线，其外壳符合IP-65防护标准，适用于需覆盖广泛面积的应用。APC2M配备可靠、先进、功能丰富的操作系统，且向下兼容802.11b/g产品。该无线通信系统需要两组共6台AP模块，AP1~3为一组，AP4~6为一组。AP-1和AP-4为无线通信设备的主服务器端，AP2~3以及AP5~6为客户端。每台AP设备有一套电源转换器，输出有两个网口，其中标有POE的网口用网线连接AP设备，另一个标有LAN的网口可连接个人电脑，通过电脑进入无线通信设备网站浏览器页面对每台AP进行配置。煤粉堆取料机的主服务器端AP的IP地址设置为192.168.1.100，两台客户端AP的IP地址设置为192.168.1.101和192.168.1.102，ID名统一命名为GCS-A。混合原料的主服务器AP的IP地址设置为192.168.1.200，两台客户端AP的IP地址设置为192.168.1.201和192.168.1.202，ID名统一命名为GCS-B。DB增益统一选择为5DB，每一组三台AP设备的信道选择保持一致，功率选择为最大。密码选择个人WAP2，并且设定一个口令以便维护。设置完毕后，可将每组主服务器AP设备连接个人电脑，通过网络拼通的方式检测与其他两台客端AP无线通信是否良好，也可查看模块上的通信指示灯显示。待检测通信状况良好之后，可将两台客户端AP模块的LAN网口分别连接两台PLC的CPU模块的网口。

2无线通信方案的软件设计

2.1PLC系统通信设计两套堆取料机系统由中控的PLC产品G3系统控制，在G3系统的应用组态软件中会自动分配给每台PLC一个网络IP地址。为了便于区分各台PLC的每一块IO模块，需要用个人电脑连接各个IO模块的网口进行人为设置硬件地址。煤粉系统的两套PLC的CPU模块分别设置为002和008，混合原料两套CPU模块地址分别设置为014和021。无线通信的控制要求：DCS需要实时读取每台PLC的64个数字量DO输出值以及写入控制其他32个DO的输出。

2.1.1分配通信数据的缓冲区在G3系统中，需要分配通信数据的缓冲区，用中间变量M278.0~M285.7作为64个DO通信数据缓冲区，其通信地址为5000~5063，中间变量M286.0~M289.7作为32个DO通信数据缓冲区，其通信地址为5064~5095。可自定义变量REG-SED-001~064，表示从G3系统传送给DCS的缓冲区变量；自定义变量REG-REV-001~032，这32个数据表示从DCS发送到G3系统的缓冲区变量。另外可增加32个变量spare02-001~032来接收从DCS传送来的写入控制变量。

2.1.2编程处理设置完通信数据缓冲区，还需要编程处理数据的交换：（1）通过编程将G3系统的DO点传送给中间变量，通过中间变量通信传送到DCS系统显示,如图2所示，将DO输出变量Q20_0传送给中间缓存变量REG_SED_001。（2）把从DCS接收到信号传送给中间变量，然后控制DO输出，如图3所示,将含有DCS通信数据的缓冲区变量REG_REV_001传送到中间变量spare001，然后传送控制DO输出DO135变量。

2.2DCS系统通信设计水泥生产线的主DCS系统为ECS-700系统。以太网通信模块COM742-S是ECS-700系统的以太网异构设备接入模块，通过扩展I/O总线，利用标准协议（MODBUS/TCP协议）将使用同样通信协议的第三方设备的数据联入ECS-700系统，该模块可冗余配置，以保证更高的可靠性。

2.2.1通信参数设置在DCS的组态软件中，可对通信模块进行通信参数设置。该通信模块的IP地址设置为172.20.1.40，并且需要对要通信的4台PLC的CPU模块的IP地址进行设置：煤粉的堆取料机的地址为172.20.1.2和172.20.1.8，混合原料的堆取料机的地址为172.20.1.14和172.20.21。设置的原则是与之前CPU设置的硬件地址保持一致。对每台PLC设备增加读取和写入命令。读取命令需要设置通信功能号为FC01，扫描周期时间为500ms,初始地址为5000，数量为64，位号类型为数字量DI输入，意味着读取64个PLC设备的DO输出变量；写入命令需要设置通信功能号为FC15，扫描周期时间为500ms,初始地址为5064，数量为32，位号类型为DO输出，意味着写入控制32个PLC设备的DO输出。可采用同样的方法，给其他几套PLC设置相关通信参数。

2.2.2扫描新增位号在DCS组态软件的位号编辑页面中，通过扫描新增位号，可将上述增加的设备的通信通道扫描到新增的DI和DO通道中，为后续的实验验证做准备。

3实验验证

3.1DCS系统与PLC系统的数据通信实验基于模拟现场进行赋值的方法对通信进行实验验证，步骤如下：（1）在PLC组态软件中，编程赋值输出64个DO变量，在DCS组态软件新增的对应的输入位号中查看其状态，是否与PLC系统中的输出变量的状态保持一致。将PLC和DCS系统的组态分别编译下载后实验，结果如表1所示。（2）在DCS系统中对新增的32个DO位号赋值输出，查看PLC系统的对应的DO变量是否也随之输出，可在模块的DO通道显示指示灯和程序中分别检测查看状态是否保持一致。将PLC和DCS系统的组态分别编译下载后实验，结果如表2所示。实验结果表明，通信效果良好，数据准确可靠，PLC系统与DCS系统的通信收发时间差保持在一个扫描期内，完全满足现场控制要求。

3.2无线通信稳定性试验考虑现场堆取料机的环境比较恶劣，为了进一步测试无线通信的稳定性，将AP模块之间的距离放置较远，超过80m，且将主服务器AP模块放置在相对封闭的环境，同时保证AP模块上的通信强度灯仍然有较弱的显示。实验步骤为：（1）从DCS系统输出的32个DO变量中选取若干，强制输出后，PLC系统得到命令，将对应的DO变量输出。（2）将上述PLC系统的DO变量输出，通过通信反馈传送给DCS系统显示。（3）在DCS系统的历史趋势中分别增加从DCS系统主动输出的DO变量和从PLC系统反馈得到的DO变量。通过循环1s强制输出和关断的编程处理，观察一段时间内二者的趋势是否保持一致。经过较长时间的观察，通信变量趋势如图4所示。二者的历史趋势有1s之内的滞后时差，但状态变化趋势保持一致，考虑通信程序扫描时间以及硬件反应时间滞后的问题，基本符合现场通信稳定性要求。

4结语

该无线通信方案在巴基斯坦境内的一条4000T/D的BESTWAY水泥生产线的改造中得到应用。还可以在以下方面继续探索和研究：（1）根据现场实际情况的控制要求，方案中的数据通信只选择了数字量DO输出变量，可增加数字量输入DI变量，以及模拟量输入输出AI,AO变量的通信实验，方法步骤基本一致；（2）无线通信距离是基于无线通信设备的能力，需要根据现场实际环境以及通信距离的要求合理选择无线通信设备，距离较远以及恶劣的现场环境将会对无线通信设备提出更高的要求。（3）可探索将此无线通信方案应用于其他工业自动化生产中，使其发挥更大的作用。

作者：栾极 马太 史发明 王飞 李猛 孙国平 单位：浙江中控技术股份有限公司