1 前言
行車對于寶鋼煉鋼廠組織生產起著至關重要的作用。從煉鐵廠運來的鐵水經過脫硫預處理、鐵水稱量后倒入轉爐，再加上廢鋼，經過轉爐的吹煉就成為鋼水。鋼水根據不同的要求需要進行爐外精煉，如RH處理、LF爐處理、KIP/CAS處理等。經過爐外精煉后的鋼水，再運送到各澆鑄跨進行模注澆鋼，或者送到連鑄平臺進行連鑄澆鋼，連鑄板坯經過精整后，再送到板坯庫場。這就是一煉鋼的生產工藝流程，如圖1所示。




鋼水從轉爐到爐外精煉，再到澆鋼，最后到板坯庫場，在這過程中，一共有10多處工位點，鋼水在這10多處工位點之間的運行，都由行車來承擔，這樣的行車在一煉鋼共有7臺，以滿足煉鋼廠的生產物流需要。在一煉鋼，每天大約要生產75爐鋼水，對于每一爐鋼水，都需要經過這7輛行車來吊運。由此可見，行車在如此高產量的生產過程中所起的作用是不言而喻的，同時也可以看出這7輛行車的工作任務十分繁重，在如此快節奏的生產過程中，若想對其進行人工調度，顯然是不現實的，而且人工調度很容易出錯。既然不能對行車進行人工調度，那么就要對其實現自動控制，而每一爐鋼水需要作哪種工藝處理，需要運行到哪個工位點，是由煉鋼廠調度安排的，這些計劃信息都存放在過程控制計算機中，要想對行車實現自動控制，讓行車操作工通過操作顯示盤知道每爐鋼水該運到哪個工位點，以及如何將空包重量和鋼水重量送給過程控制計算機等等，這就要求過程控制計算機與行車之間建立一種通信聯系來實現。但是行車與過程控制計算機相隔甚遠，加上行車一直在來回開動，因此在它們之間若想通過有線電纜來傳送信號顯然是不可取的，所以在行車與過程控制計算機之間需要建立一種無線數據通信聯系，以實現對行車的自動控制。

2 方案設計
為了滿足對行車進行自動控制的要求，我們設計了以下方案。考慮到煉鋼廠生產環境十分惡劣，生產工藝復雜，工位點多、面廣，因此該方案中的無線數據通信系統一定要運行穩定、安全可靠、抗干擾能力強。此外，為保證信息暢通，該系統所包含的設備要盡量少，應該最大限度地減少中間設備，確保信息正常、安全、可靠地傳送。
另外，在一煉鋼區域的7臺行車中，由于生產工藝的原因，其中4臺行車與轉爐過程控制計算機有通信聯系，3臺行車與精整過程控制計算機有通信聯系，因此我們把無線數據通信系統分為兩個子系統。兩個子系統工作原理相同，唯一有區別的地方是:轉爐區域的無線數據通信系統中有4個子站，而精整區域的無線數據通信系統中有3個子站。同時，轉爐計算機和精整計算機又通過以太網連在一起，這樣使得所有信息都保持連通性。該系統的組成框圖如圖2所示。




該方案的工作原理是這樣的:當系統上電后，主站與子站之間就建立了無線通信聯系。儀表側的操作顯示盤通過串行口與子站相連，主站也是通過串行口與工控機相連，工控機再通過以太網與計算機相連。當儀表側的操作顯示盤上有信息要傳給計算機時，它先把數據通過串行接口傳給子站，子站通過天線以無線方式把數據傳給主站，主站收到信息經過處理后，通過串行接口把數據傳送給工控機，工控機將收到的信息進行翻譯、處理，變成另一種電文格式，通過網絡傳給計算機;反之，也一樣。在這個系統中的工控機其實就是1臺Gateway,它的作用就是把兩個具有不同通信協議的設備連接起來。

3 方案實施
為滿足以上的設計方案，就需要建立一個安全、快速、靈活、可控的無線數據通信系統。ABB公司的無線數據通信系統就是為此目的而開發出來的先進的無線數據通信系統。
ABB公司的這套無線數據通信系統中最關鍵的設備是主站和子站，其性能的優劣關系到整個系統是否能正常、穩定運行。而主站和子站從設備的角度看完全是一樣的，只要通過專門程序對其進行參數設置和修改，就可以實現不同的功能，即該設備既可以作為主站使用，也可作為子站使用。可見，該設備的通用性十分強。
3.1 系統配置
ABB公司的這套無線數據通信系統分為兩個子系統，即轉爐區域的無線數據通信系統和精整區域的無線數據通信系統。每個子系統都由主站、子站、工控機和操作顯示盤組成。在轉爐區域的無線數據通信系統中，主站和工控機安裝在一煉鋼機房，4個子站分別安裝在相應行車的電氣室，4個操作顯示盤則安裝在行車的駕駛室;在精整區域的無線數據通信系統中，主站和工控機安裝在一連鑄機房，3個子站分別安裝在相應行車的電氣室，3個操作顯示盤則安裝在行車的駕駛室。
在轉爐區域中，主站和子站的通信頻率是223.3MHz，在精整區域中，主站和子站的通信頻率是228.05MHz.這兩個頻點都經過上海無線電管理委員會批準同意。主站與子站的系統平臺采用Windows95，應用程序的開發采用C++語言。
工控機采用研華MIC2000系列，主要配置包括CPU板、硬盤卡、軟驅卡、網卡。除此之外，還包括鍵盤、鼠標、CRT等。工控機的系統平臺采用Windows95中文版;應用開發平臺采用Visual Basic5.0中文企業版。
操作顯示盤主要是根據現場所需的信息而設計的，因此兩個區域的操作顯示盤所表示的內容不一樣，這主要與生產工藝有關。行車操作工通過操作顯示盤的操作，就可以十分方便地獲得相關信息，實現了人機對話。
3.2 通信接口
各通信接口的規格包括接口類型、通信協議和傳送代碼等,如附表所示。




4 應用的技術
4.1抗干擾技術
和其它無線數據通信系統一樣，ABB公司的這套無線數據通信系統同樣也存在著信號干擾的問題，這使得該系統的誤碼率增大。該系統的干擾主要有兩個方面:(1)各子站設備間的干擾。由于各子站與主站的通信頻率是相同的，而各子站間相隔的距離又不太遠，此時系統要產生同頻干擾。(2)差拍干擾。由于主站到各子站的距離各不相同，使子站收到的載頻信號之間產生相位差，從而在子站中產生差拍干擾。
針對以上兩種干擾，我們主要采取兩種方法:(1)主站采用順序發送信號的方式，使得在任何時刻只能有1臺子站接收到主站的信號，同時使信號的信噪比在17dB以上;(2)主站采用延時補償技術，把主站調制信號間的延時差限制在1/4個比特周期內，此時子站即可得到滿意的接收率。
由于采用了以上兩種方法，提高了系統的抗干擾能力，大大降低了系統的誤碼率，一般情況下誤碼率≤10-6。
4.2 反饋糾錯技術
反饋糾錯技術又稱檢錯重發技術，主要使用自動要求重發(Automatic Repeat Request)方法，簡稱ARQ方法。該方法的工作原理是:接收端在接收到信息后，馬上將接收到的信息回送給發送端;發送端將接收到的信息與剛才發出的信息進行有無錯誤的判別,若正確，則通知接收端剛才所發的信息正確;若有錯，則重新給接收端發信息，直至校驗無誤。由于采用了反饋糾錯技術，因此該無線數據通信系統的信息正確率非常高。
4.3 集群定時呼叫技術
主站與子站的通信采用集群定時呼叫方式(group polling)，即主站按時間順序分別與每個子站進行通信，兩者之間采用半雙工的工作方式。集群系統是一種高級無線調度系統,其全部可用信道可以被全體用戶共用，并且具有自動選取信道的功能。它在中央控制器的控制下，將有限的無線信道自動地、動態地、最優地分配給系統內的全部用戶使用，具有共享資源、共享信道設備和共享覆蓋區的特點。
4.4 “GMSK”調制方式
“GMSK”是Gaussian Filtered Minimum Shift Keying的簡稱，它的中文全稱是高斯濾波最小移頻鍵控。GMSK是一種具有高抗干擾性能的窄帶數字調制技術。它的基本方法是:數據信號首先經過高斯低通濾波器整形成脈沖，脈沖再經過FM調制，最后再輸出信號。由于高斯低通濾波器具有帶寬窄、沖擊響應過程小和濾波器輸出脈沖為一常量等特點，所以經過高斯低通濾波器整形成的脈沖包絡無陡峭邊沿，也沒有拐點，因此再經過FM調制后的頻率相位路徑就顯得比較平滑，輸出的信號具有誤碼率低、解調效率高、帶外輻射較小、傳送的波特率高等特點，適用于帶寬為25KHz的窄帶無線數據通信系統。

5 結束語
行車無線數據通信系統自1999年7月投入使用至今已有4年了，目前該設備運行正常，未發生過大的故障。由于該系統的誤碼率為≤10-6 ,因此數據傳送的準確率明顯提高，系統運行穩定、可靠，為煉鋼廠的順產、穩產提供保障，深受煉鋼廠的好評。
此外，無線數據通信技術具有較為廣泛的推廣性和實用性。該技術在煉鋼廠的成功應用，為寶鋼其他部門的應用提供了依據。其他部門若想實現遠程設備之間的通信，可以根據自己的實際情況，在參考煉鋼廠的行車無線數據通信技術的基礎上，開發適合本單位使用的無線數據通信技術。


本文摘自《PLC&FA》