回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫中多站點(diǎn)通信技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

作者：紅星機(jī)器 發(fā)表于： 2016-04-11 14:53:30

楊帥軍老師 紅星技術(shù)工程師

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回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)溫度檢測(cè)準(zhǔn)確與否，對(duì)球團(tuán)礦質(zhì)量、產(chǎn)量、能源消耗及設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用。本文單站點(diǎn)對(duì)多站點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)及低功耗技術(shù)的應(yīng)用是以回轉(zhuǎn)窯無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)為例進(jìn)行的描述，該技術(shù)同樣可以應(yīng)用于其它無(wú)線通信領(lǐng)域。無(wú)線通信各站點(diǎn)距離可根據(jù)需要選擇不同的無(wú)線射頻模塊，再配置合適的通信天線即可，低功耗技術(shù)可根據(jù)無(wú)線發(fā)射裝置現(xiàn)場(chǎng)供電是否方便等進(jìn)行選擇。

一、回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫中多站點(diǎn)通信及低功耗技術(shù)的研發(fā)

本文所述基于熱電偶測(cè)溫方法的多站點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，在回轉(zhuǎn)窯窯頭、窯中、窯尾分別設(shè)置一定數(shù)量的測(cè)溫點(diǎn)，并各設(shè)一個(gè)無(wú)線發(fā)射裝置從站點(diǎn)，回轉(zhuǎn)窯所在平臺(tái)附近設(shè)置無(wú)線接收裝置主站點(diǎn)，構(gòu)成單站點(diǎn)對(duì)多站點(diǎn)的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)。各站點(diǎn)間直線距離均在50米以內(nèi)。以下就多站點(diǎn)無(wú)線通信測(cè)溫系統(tǒng)以及系統(tǒng)的低功耗技術(shù)進(jìn)行介紹。

二、回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫多站點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)

1、系統(tǒng)組成

回轉(zhuǎn)窯單站點(diǎn)對(duì)多站點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主要由無(wú)線發(fā)射裝置以及無(wú)線固定接收裝置組成，整個(gè)系統(tǒng)中無(wú)線發(fā)射裝置可以有一個(gè)或多個(gè)，固定接收裝置只有一個(gè)。無(wú)線發(fā)射裝置采集多路熱電偶的溫度信號(hào)，通過(guò)無(wú)線射頻技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送給固定接收裝置，固定接收裝置再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線把數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。

無(wú)線發(fā)射裝置主要包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、供電單元等，整套裝置裝于回轉(zhuǎn)窯上，隨窯轉(zhuǎn)動(dòng)。其中數(shù)據(jù)采集單元采集若干組熱電偶信號(hào)及熱電阻信號(hào)；數(shù)據(jù)處理單元采用低功耗單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)傳輸單元采用成熟可靠的無(wú)線傳輸模塊及通信天線；供電單元采用耐高溫高能量的不可充電鋰亞電池。

固定接收裝置主要包括無(wú)線數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信總線數(shù)據(jù)傳輸單元及供電單元等，整套裝置固定安裝于回轉(zhuǎn)窯附近某處，盡可能滿足與回轉(zhuǎn)窯上各個(gè)站點(diǎn)無(wú)遮擋無(wú)干擾的通信條件，采用220V交流電源供電。其中無(wú)線數(shù)據(jù)接收單元采用與無(wú)線發(fā)射裝置配套的無(wú)線射頻模塊；數(shù)據(jù)處理單元可以選擇一款運(yùn)算速度較快及資源豐富的MCU，除滿足當(dāng)前的數(shù)據(jù)處理外，還需留有一定的擴(kuò)展能力；通信總線采用RS-485總線或者Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。

2、系統(tǒng)的工作過(guò)程

無(wú)線發(fā)射裝置接通電源后系統(tǒng)直接啟動(dòng)開(kāi)始工作，每次訪問(wèn)均由固定接收裝置向無(wú)線發(fā)射裝置發(fā)出訪問(wèn)請(qǐng)求，循環(huán)進(jìn)行。當(dāng)定時(shí)器T1時(shí)間到，固定接收裝置按照無(wú)線通信協(xié)議格式，發(fā)送請(qǐng)求命令給一個(gè)無(wú)線發(fā)射裝置，若在規(guī)定的時(shí)間T2內(nèi)未收到應(yīng)答數(shù)據(jù)，則重發(fā)一次請(qǐng)求命令，然后繼續(xù)等待定時(shí)器T1時(shí)間到，固定接收裝置發(fā)送請(qǐng)求命令給第二個(gè)無(wú)線發(fā)射裝置，重復(fù)前面的流程，直到請(qǐng)求命令發(fā)送給一個(gè)無(wú)線發(fā)射裝置，如此往復(fù)。

假設(shè)有m個(gè)無(wú)線發(fā)射裝置，固定接收裝置對(duì)每一個(gè)無(wú)線發(fā)射裝置的訪問(wèn)周期設(shè)為n秒，則固定接收裝置對(duì)m個(gè)無(wú)線發(fā)射裝置完成一次完整的輪詢請(qǐng)求，需要m×n秒的時(shí)間。

三、應(yīng)用前景分析

回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫中多站點(diǎn)通信實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯上的多個(gè)站點(diǎn)與回轉(zhuǎn)窯下的主站進(jìn)行無(wú)線通信，且窯上每個(gè)站點(diǎn)可分別接入數(shù)十路溫度檢測(cè)信號(hào)。較傳統(tǒng)的采用滑環(huán)法進(jìn)行信號(hào)傳輸有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：首先，該技術(shù)相比滑環(huán)法而言無(wú)直接接觸部分，更加穩(wěn)定可靠，除更換電池外，無(wú)其它維護(hù)工作量；其次，相比傳統(tǒng)的滑環(huán)法每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)需設(shè)兩根與回轉(zhuǎn)窯同心的滑環(huán)，該方法可接入更多的測(cè)溫信號(hào)，可減少施工成本及工程量，增加測(cè)溫點(diǎn)時(shí)只需直接接入窯上站點(diǎn)的備用通道即可。同時(shí)，與之配套的無(wú)線發(fā)射裝置低功耗技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，有效地降低了其從機(jī)功耗，延長(zhǎng)了電池的使用時(shí)間，從而保證了測(cè)溫系統(tǒng)長(zhǎng)期正常的運(yùn)行。

利用無(wú)線射頻模塊的單站點(diǎn)對(duì)多站點(diǎn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯的多站點(diǎn)測(cè)溫，滿足了熱工及工藝生產(chǎn)的要求，并且對(duì)無(wú)線發(fā)射裝置的低功耗技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究。采用低功耗技術(shù)，可以極大地降低系統(tǒng)功耗，從而延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，減少電池更換次數(shù)，保證回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫系統(tǒng)正?？煽康倪\(yùn)行。