摘要：文章介绍了工业控制设备引用了无线信号传输信息技术克服了工况较为复杂的场合施工难、成本高的困境实现了采集和控制，分析了无线采集控制系统的搭建和可视及非可视信号的无线采集应用。
关键词：工业控制；无线信号采集监控；自动化控制；节能
近年来、为贯彻落实党的十九大精神、国家和省《“十三五”节能减排综合工作方案》，深入推进生态文明建设，夯实节能减排工作基础，加强能源消费总量和强度“双控”形势分析，加强重点用能单位节能管理。企业不断推进国家倡导促进各行各业推进自动化控制实现省时、省力、省成本；为了提高产品竞争力，响应国家号召企业只能通过更低的生产成本提高自动化控制节能降耗、降低成本显得尤为重要。
一、企业现状
某企业一期投产2个生产车间、2台30t/h链条炉、水处理合计用工约有1000人左右，现有5栋宿舍楼每个宿舍楼层高6层顶层设置一个水箱蓄水能力约15吨左右、食堂2层顶层设置一个水箱约30吨左右；食堂旁设置一个蓄水箱蓄水能力约100吨左右通过自来水公司补水。水箱通过两台7.5KW水泵（一用一备）供水能力40t/h往宿舍自来水主管道供水对宿舍楼和食堂水箱进行补水，各水箱设置机械浮球阀高水位时关闭补水管道。5栋宿舍楼和食堂的水塔需人工爬到楼顶查看蓄水量，人工根据蓄水量开停泵或者24小时启泵（水箱和食堂水补满后堵转憋压运行）。现无法保证水池水位时刻在高水位严重影响蓄水能力，停水时整个生活区无水可用且管理极为不便、无法保证员工用水，水泵长时间开启浪费能源等问题。
二、无线采集、自动化控制意义及方案解析
1.无线采集意义
该企业所处位置自来水供水公司的管道因使用年数较久管道老化故障率高经常性停水，企业员工深受其困扰。企业宿舍楼因5栋楼层及食堂和主水箱之间各道路已做硬化，无架空管廊相连，楼层高；需要将各楼层信号采集监控时面临破土、回填、道路做硬化、高楼层施工等问题及成本太高、施工困难。此时引入无线采集时将解决这些问题，大量减少工作量及施工成本。根据现有工况在各楼层顶部搭建无线采集网为控制搭建桥梁，现有无线采集可视时多采用无线网桥5G 867Mbps速率传输，5G频段传输速度快、数据不丢包、安装方便、成本低、远距离传输可达15KM及点对点、点对多点等灵活组网优势。组网后各楼层顶部可设置PLC、PLC之间通过无线网桥走TCP协议实现各PLC之间的数据共享和相互控制功能。如各点之间不可视时可采用LORA DTU无线透传采集信号，各LORA DTU模块与PLC采用modubs RS485协议进行关联实现数据交换控制。无线网桥同时也可以用于组建局域网络，可集合所有支持TCP协议的设备共享网络通道如远程摄像头监视回传视频等功能。现有无线LORA DTU短距离时可穿透8至9层水泥墙传输信号，长距离时可达11KM传输信号，具体需根据现场工况而定。无线传输尽量改变工况满足可视条件采用无线网桥方案，因可视时网桥传输速率远高于LORA DTU无线透传传输。无线透传的优势在于可穿墙传输信号且穿透力强，适合距离短房屋建设密度大设备多工况复杂的场所。
2.自动化控制意义
自动化技术是集合了现代高端的科学技术包含了信息技术、电子技术、计算机技术及智能控制等。人工控制费时费力，随着科技的发展自动化融入工业控制越来越迅速被各行各业广泛的使用，自动化控制就是代指按事先设定好的逻辑及条件代替人工操作现场设备，自动循环的控制。自动化生产过程是提高生产力的有力工具之一，不会受人的五官及体力影响操作设备的准确性。
实现全天24小时无人值守不休息监视控制设备，提高了生产的工作时限及加大生产力。随着电气自动化不断的和新科技融合、不断的创新和改进，智能控制已越发成熟可靠现主流自动化工业控制技术主要有PLC系统、DCS系统、MES系统等
3.方案解析
宿舍楼楼层水箱放置于顶部且为水泥砌成，考虑侧底部开口容易密封不严较为难做问题，在每栋楼层及食堂水箱顶部安装超声波液位计通过声波回传时间计算出实际水位，声波采集为无接触式采集液位避免直接接触自来水影响水质，避免了二次污染自来水的水质，保证了水质的食用性。液位通过换算成标准4-20mA电流信号引入水箱底部显示表中显示给巡检人员提供便利，巡检人员无需通过爬梯爬至水箱顶部观察水位。显示表通过Modbus RS485通讯协议接入PLC系统中，PLC通过转换成可被系统识别及传输的浮点数数字信号，各楼层PLC将液位浮点数信号通过搭建的无线网桥走TCP协议传输至水泵控制PLC主系统，数据通过与上位机计算机技术设定数据高低液位做比较，水箱液位处在高位时自动停止泵运行，如水箱液位处在低位时自动启动泵运行，对各水箱进水补水。严格控制泵的启停实现有水箱水位处于低水位时才会启动泵，让泵不会处于做无用功的状态堵转在运行，且各水箱水位处于满水状态保证了蓄水量，如意外自来水厂出现停水时可保证员工有水可用。两台水泵一用一备，设定为每周自动轮换使用，避免长时间设备无动作不启用造成设备瘫痪。另将上位机放置于保安室由保安人员兼顾看管本系统，无需另设专人负责启停水泵，本系统设置液位如不在控制高低水位控制区间内则发出语音报警信号提醒保安人员控制异常，需报维修人员处理。另设定主水箱液位低报警联锁不能启动水泵，如自来水箱水位过低可以无水补充可初步判断自来水公司供水异常。加大了对整套给水系统各环节的监视确保正常供水，设备正常运转实现无线控制系统全自动控制，大量减少人员管理工作，节约能源。
三、效益分析计算
1.项目投资计算
如用常规方案各点之间利用硬接线破土预埋管件及回填处理每个点按5000元计算，5栋宿舍楼及食堂六个点位30000元。每个点位至水泵主控系统按100米距离计算，信号线每米约3元，100*3*6=1800元。施工费每天5人8个工时，5天施工完成，每天每人按8个工时300元计算，5*5*300=7500元。采用无线采集时没个点位需加装无线收发器六个点位加主系统点位合计7个点位，每个点位按300元计算，7*300=2100元，施工费每天5人8个工时，1天完成每天每人按8个工时300元计算，5*1*300=1500元。总计常规方案30000+1800+7500=39300元，总计无线方案2100+1500=3600元。在PLC系统成本一定的情况下常规方案和无线采集方案对比约节省39300-3600=35700元。
2.能源节约计算
企业用工按1000人计算，每人每天平均按100KG计算；合计该企业总用水量每天约需要100吨水。给水泵为7.5KW、40t/h水泵，算出每天泵需要运行累计时长为100/40=2.5h。如水泵为24小时运行，非根据水位自动运行；则有24-2.5=21.5时长为堵转浪费能源在运行，每小时浪费用电按7.5度电计算，每天约造成7.5*21.5=161.25度电。工业用电按1元每度计算，一天为161.25元，一个月为30*161.25=4837.5，一年为4837.5*365=58856.25元。根据计算可得每年可节约58856.25元，此计算方法未算人工管理成本在内。
四、结语
在这个科技高速发展的年代，自动化控制已逐步走进人们的生活中；尤其深受现代实体制造工厂的喜爱，减少了用工人数、保障了生产品质、提高了工作效率和生产能力、降低了生产成本，其出色的工作能力被广泛推广应用于各行各业。
参考文献：
[1]李学琪、贾峰.自动控制基础与调节仪表，北京：中国计量出版社.2000(06)
[2]胡寿松.自动控制原理.科学出版社,2007.6