水泥生产线无线通信方案的应用

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了水泥生产线无线通信方案的应用范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

0引言

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［1-10］。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，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，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,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。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。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。

（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。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。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