一、项目背景：

斗轮机堆取料利用率相当高，在生产中占有举足轻重的地位。常规解决方案为拖缆传输。    供电滑触线的出现，使斗轮机减少了动力拖缆。但对于控制信号，由于需要的电缆芯数太多，而且对模拟信号不能使用滑线，因此，控制信号仍依靠拖缆。一般斗轮机工作时，仍然需要配置 2条拖缆，一条是数字量的控制电缆，另一条是模拟量的屏蔽计算机电缆。按常规的控制方法，拖缆一头接至斗轮机本体上的PLC 控制箱内，另一头接就地固定安装的控制箱上，再通过电缆桥架或埋管用电缆把这些信号送到远方的控制中心。

图一：斗轮机现场图

拖缆控制方式在使用中存在以下问题：

1、拖缆故障率较高，在使用中经常因拖缆损坏引起故障停机。

2、拖缆在室外长期运行，电缆老化严重，根据常规参数，在恶劣环境下运行，要求至少二年更换一次电缆。

3、卷盘拖缆的盘卷电机在使用时时刻在起/停状态，工作中发热比较厉害，卷盘电机在工作中故障率较高，卷盘故障造成的故障停机占斗轮机故障停机的1/4。

4、滑环很容易出故障，容易进灰尘导致控制信号时有时无，影响生产，有时候还会错位，导致短路，烧坏设备。

5、斗轮机卷盘电机的使用造成电力能源的额外浪费。

控制电缆人为损坏的情况较多，更换成本高且维护费时费力，无形中又增加了检修人员和运行人员的工作量。  

 二、项目条件：

铁矿石为了充分反应尽可能多地炼出钢铁，入厂后要进行粉碎筛选，矿粉不容易装炉冶炼，因此需要烧结成块状、球状。烧结工艺就是把铁矿粉烧结成块状或球状,便于高炉炼铁，涟源钢铁烧结料场位于涟源钢铁厂内，是炼钢整个工艺段最初的环节，其工作效率直接影响下面连续工艺段的正常运行。

图二：料场平面布置图

1、涟源钢铁无线烧结料场大小为380m x 500m。

2、料场内有7台斗轮机，沿轨道工作。

3、其中1、2、3号斗轮机两两相距为60米左右，3、4、5号斗轮机两两相距110米左右，5、6、7号斗轮机两两相距不超过20米。

4、料场煤堆高度最高为12米。

5、斗轮机与料场边的3个操作台进行通讯，操作台可以控制斗轮机的运动。

6、斗轮机在露天空地工作，需考虑防雷击保护。 

图三：料场斗轮机布置图

图四：料场侧面示意图  

三、方案说明：

图五：设备配置图

有线网络配置说明：

1、7台AP通过X101-1光电转换器将无线信号转换为光信号，4路送至2#站光纤交换机，3路送至电气楼光纤交换机，采用光纤传输可以保证信号传输质量，防止信号干扰。

2、在电气楼采用1台X414-3E模块化工业级交换机，通过选择不同的介质模块，提供RJ45*12/千兆光口*2/百兆光口*8，可以连接配料系统PLC，胶带控制系统PLC和水雾系统PLC与3台无线AP的信号，完全满足系统需求。

3、2#站采用1台X414-3E模块化工业级交换机，通过选择不同的介质模块，提供RJ45*12/千兆光口*2/百兆光口*4，连接4台无线AP的信号。

4、翻车机站采用1台X414-3E模块化工业级交换机，通过选择不同的介质模块，提供RJ45*12/千兆光口*2/百兆光口*4 ，3台AB主控PLC通过光纤接入X414-3E工业级以太网交换机。

5、电气楼，2#站和翻车机站交换机之间采用千兆单模光纤组成冗余环网，保证数据传输可靠性和稳定性，最远传输距离可到10KM，完全满足料场范围的需求。

6、借助X414-3E提供的VLAN功能，可将位于不同交换机上的AP划分为同一VLAN中，保证不同系统之间的数据互不干扰。          

无线网络配置说明：

1、7台W786-1PRO无线AP分别架设于料场两侧的灯柱上，使用14dBi的定向天线分别对料场斗轮机进行有效无线信号覆盖；

2、每台斗轮机配置W746-1PRO无线客户端，天线采用14dBi，保证信号接收质量。根据模拟，最小通信速率可达18Mbps；

3、天线下方均配置了避雷器，防止雷击；

4、设备防护等级均为IP65，能在恶劣环境中稳定工作。

5、5，6，7号车两两之间的距离小于20米，可以共用1台AP，从而节约投资，使系统性价比更好。

四、信号模拟

    由于料场范围较广，又存在不定高度的煤堆，其对无线电波的反射、折射等现象对其信号强度造成的影响不可估。

西门子的SINEMA E无线信号模拟软件可以对复杂的无线环境进行模拟，以得到接近实际情况的可视化效果图，便于现场无线设备的布置。

图六：无线信号模拟图  

五、配置清单

有线网络配置清单：

表格一：有线网络配置

无线网络配置清单

表格二：无线网络配置

六、项目总结

1、传统解决方案维护工作量大，需要对斗轮机上的信号拖缆进经常性维护。西门子SCALANCE W 无线解决方案为无接触式传输，基本不用进行维护。

2、维护成本昂贵，由于电缆在斗轮机来回作业的过程中十分容易磨损，且此电缆的成本很贵。市面上的常规拖缆价格大概为200~300 RMB/米，整个更换一次需要：7*250M*250RMB/M = 437,500RMB。

3、拖缆工作寿命比较短，其工作极限寿命大概为100万次弯曲。而西门子SCALANCE W 无线设备的 MTBF 值为67年，远远优于拖缆。

4、西门子无线解决方案可以提供高带宽，为以后项目拓展提供余量，比如视频流、语音流等。

5、工业无线控制设备的功率只有10W，一年的功率只有87.6KW，电费只要52元钱。按常规计算，原来卷盘电机年消耗电费约2.6万元。相比较无线解决方案在节能减排方面性能卓越。

    通过使用工业无线控制系统，整个输煤控制系统综合自动化水平达到了一个全新的高度，整个系统也十分稳定可靠，几乎没有维护工作量，使用效果极佳，使维护工作从艰苦现场环境解放出来，提高了运行操作人员的工作效率，节约大量人力、物力、财力，给企业带来了可观的经济效益和社会效益。因此，无线控制系统在给煤系统上广泛应用已势在必行。