（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司设备部 江苏 226246）
摘要：本文介绍了某电厂4×660MW机组输煤斗轮机控制系统通讯方式无线改造的可行性研究，阐述了原控制系统通讯在运行中存在的问题，并提出了根据实际运行需要的改进方案和实施过程以及达到的目标。
关键词：斗轮机；控制系统；无线；通讯
1 引言
某厂4×660MW机组输煤系统共配置三台斗轮机，控制系统采用施耐德公司昆腾系列PLC，CPU型号140CPU67160。斗轮机PLC控制系统包括了悬臂皮带、回转、俯仰、行走等控制逻辑，可以实现斗轮机在煤场的堆、取煤作业。
2 设备存在问题
三台斗轮机自投产以来，经常出现大车行走故障，回转电机故障，斗轮电机故障，悬臂皮带启动故障等问题，同时在操作平台报警栏中所有报警全部报出。在斗轮机司机室操作平台对故障信号复位后，故障消失，报警信号清除。运行一段时间后斗轮机运行又会出现同样的问题。
这种不明原因导致斗轮机不能正常的工作，严重的影响了煤场取煤与卸煤工作。此类缺陷的存在严重威胁到输煤系统的安全稳定运行。
3 原因分析
针对斗轮机运行中出现的问题，电厂检修人员对故障原因进行分析、排查、试验，发现在斗轮机运行中行走电机运行时以及回转电机运行时发生的问题尤为突出，可以判断发生问题的根本原因是由于斗轮机控制系统通讯受到动力电源产生的干扰所致。
现有斗轮机控制系统采用施耐德Quantum 67160系列PLC，CPU控制主站设在斗轮机下部电气房内，PLC控制系统下设3个远程分站，分别安装在斗轮机下部电气室，斗轮机上部电气室以及斗轮机司机室内。斗轮机PLC控制系统图如图一所示。
由于斗轮机PLC控制系统主站与子站进行通讯的介质是同轴电缆，并且是单路同轴电缆通讯。所以控制系统容易受到环境因素的影响，加之斗轮机行走电机与回转电机分别使用的是变频器控制，使得斗轮机控制系统容易产生干扰而造成停机。
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图一 斗轮机控制系统结构图
4 解决方案
为了彻底解决此问题，检修人员采取了一系列的手段来增强控制系统的抗干扰能力，如将控制系统通讯电缆与动力电缆分开、给通讯电缆加屏蔽等，这些措施的实施只是短暂的解决了干扰问题，设备运行一段时间后各种故障现象重现。为了彻底的解决干扰问题，采用无线控制方式来代替的电缆控制，很大程度上可以解决斗轮机控制系统通讯干扰难题。
4.1 方案设计说明
1．方案设计思想
（1）投资省，保证质量，稳定可靠，满足要求；
（2）宏观上引进先进技术，系统设计起点高；
（3）系统组合合理，具有良好的互换性和通用性，易于管理；
（4）系统易于操作，简单易懂，便于推广和应用。
2．系统现有结构
现有斗轮机电气控制系统采用施耐德Quantum远程I/O方案，在司机室PLC柜内配有远程I/O主机架，1个8槽远程扩展机架；在上部配电室配有远程控制柜，内有8槽远程站1个；在下部配电室配有主CPU一套并带冗余，还有一个有8槽远程站1个。
4.2无线通讯改造结构
斗轮机PLC控制系统通讯无线改造的设计理念是将原控制系统中的同轴电缆全部摒弃掉，采用无线以太网通讯方式实施整套系统的数据交换。具体内容如下：
（1）由于司机室现配置有电源模块（140CPS11420）和RIO站适配器（140CRA93100）以及一些I/O卡件，所以要增加一块处理器模块（140CPU11303）和一块以太网通讯模块（140NOE77101），使无线通讯设备AP105H-E和司机室以太网通讯模块（140NOE77101）通过五类网线进行连接，最终与下部电气室以及上部电气室进行无线通讯。
（2）上部电气室远程站配置有电源模块（140CPS11420）和RIO站适配器（140CRA93100），需增加一块处理器模块（140CPU11303）和一块以太网通讯模块（140NOE77101），将之前RIO站适配器舍弃不用。无线通讯模块AP105H-E与以太网通讯模块（140NOE77101）通过五类网线连接，并将信号以无线通讯方式与下部电气室远程站及司机室远程站进行数据交换。
（3）下部电气室作为斗轮机控制系统主系统，PLC控制主站配有电源模块（140CPS11420）、冗余处理器单元（140CPU67160）、以太网通讯模块（140NOE77101）以及RIO处理器接口（140CRP93100）。下部电气室远程站配置有电源模块（140CPS11420）和RIO站适配器（140CRA93100）各一块以及一些I/O卡件，目前斗轮机PLC控制主站与远程站通讯是通过RIO处理器接口和RIO站适配器进行数据交换的，传输介质为同轴电缆。
首先，在下部电气室远程站上增加处理器模块（140CPU11303）和一块以太网通讯模块（140NOE77101）。然后，将PLC控制主站上的RIO处理器接口（140CRP93100）舍弃不用。将控制主站CPU存储的逻辑程序分配至下部电气室、上部电气室及司机室远程站处理器模块（140CPU11303）内。最后，运用五类网线将控制主站以太网通讯模块（140NOE77101）、下部电气室以太网通讯模块（140NOE77101）以及一台无线通讯设备（AP105H-E）连接至新增工业交换机。这样控制主站将以无线方式与司机室远程站和上部电气室远程站进行通讯。
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图二 斗轮机通讯无线改造后结构图
4.3 无线通讯改造的可靠性分析
斗轮机控制系统无线通讯改造可以有效避免电磁干扰对控制系统的影响，同时无线通讯设备（AP105H-E）具有数字屏蔽技术，抗干扰性强等特点，它还具有5000V电压隔离功能，抗冲击强。独有的气体泻放装置，防雷击、防电浪涌功能，提高了系统安全性。
以AP105H-E作为核心设备的无线通讯网络构建，采用自报和定时方式发送数据，在发送前，它会先“听”一下无线通道是否拥挤，当不拥挤时，它才发送信息。这样可最大限度地避免数据发送产生错误，RTU重发信息造成系统瘫痪。另外，通过组态RTU的模拟灵敏度来降低数据的频繁发送，也就是说对所监控的数据当变化时数据发送，当无变化时按设定时间发送，从而在保证数据实时性的同时降低数据的发送数量，尽量减少无线数据通道拥挤的情况，具有巡检工作方式无法比拟的优势。
无线智能RTU的抗干扰设计
1、RTU采用带电磁屏蔽的铸铝外壳设计，对外界环境产生的RF干扰具有屏蔽作用。
2、无线传输采用“数字屏蔽”的军用技术及握手校验等方法，保证数据传输的可靠性及完整性。
3、信号输入采用光电隔离，防电浪涌，通道间也互相隔离，A/D、D/A各自独立，保证设备的安全及数据精度。
4.4无线通讯改造的可行分析
生产控制和生产指挥过程中，自动化系统应起着极其关键的作用。因此在进行系统的设计过程中，我们将系统的安全、可靠、稳定运行作为设计的首要原则。通过对核心设备、关键数据等冗余设计来保证，主要环节采用容错技术，在系统中减少单一的故障点，对核心的关键数据进行备份，增强系统可靠性。
系统的稳定性是指系统具有长期连续运行的能力，要求硬件特别是应用软件系统设计能够经受长时间运行的考验。
无线测控终端（RTU）具有数字屏蔽技术，抗干扰性强，具有5000V电压隔离功能，抗冲击强。独有的气体泻放装置，防雷击、防电浪涌功能，提高了系统安全性。
整个无线数据采集与监控（SCADA）系统的设计代表当前业界的潮流和发展方向，在若干年内，虽然科技技术进步很快，但仍能保持一定的先进性，只有这样，系统才能经受得起时间的考验，保证所采用的技术不会在短时间内被淘汰。
无线通讯改造，先进性主要表现在系统的总体结构先进、组态技术先进、控制设备技术先进、以及应用系统开发技术先进等。
1、RTU自身具有通讯强度和干扰测试功能；
2、RTU具有载波侦听及路由功能，当通讯环路受阻或通讯不利时可自动通过其它模块中继转发，保证数据不中断；
3、RTU具有自我管理功能，通讯出错、故障诊断指示等功能；
4、功率和频点可自由调整；
5、供电范围宽，12V、24V交直流供电选择，电池、太阳能电池供电等，适应性很强。同时具有低电压报警功能；
4.5无线通讯改造的稳定性分析
1、独有的气体泻放电装置，防雷击、防电浪涌功能强，恶劣环境适应性强。
2、载波侦听及路由功能，实时测试通讯环路通讯状况，自动选择最佳通讯路径，保证数据传输的可靠性和快速性。
3、自身具有无线通讯强度和干扰测试功能。设备自带通讯测试软件、通讯分析软件及干扰测试软件，给系统安装调试维护带来极大的方便。
4、独有的低功耗设计，在保证传输距离的同时，降低了无线发射功率，保证了测控终端的使用寿命。
4.6解决数据传输通道拥挤的问题
众所周知，无线系统较有线系统相比较带宽较窄，数据传输波特率较低。由于通讯错误，数据被不断重发，系统会由于通讯通道拥挤而造成系统瘫痪。而ELPRO系列智能产品不会产生这种情况。该系统采用自报和定时方式发送数据，在发送前，它会先“听”一下无线通道是否拥挤，当不拥挤时，它才发送信息。这样可最大限度地避免数据发送产生错误，RTU重发信息造成系统瘫痪。另外，通过组态RTU的模拟灵敏度来降低数据的频繁发送，也就是说对所监控的数据当变化时数据发送，当无变化时按设定时间发送，从而在保证数据实时性的同时降低数据的发送数量，尽量减少无线数据通道拥挤的情况，具有巡检工作方式无法比拟的优势。
5 结论
通讯干扰问题是控制系统中常见而又难以解决的问题，斗轮机通讯无线改造可以将控制系统通讯方式改为无线传输，方案的提出为斗轮机控制系统通讯干扰问题做出了延伸。斗轮机控制系统运行稳定是通讯无线改造的最终目的，彻底的解决斗轮机控制系统中抗干扰问题，可以使设备的可靠性大大提高，减轻了检修人员的维护工作量。所以，斗轮机控制系统通讯无线改造方案值得推广。