基于無線現場總線網絡的輸煤仿真系統

1 引言

電廠的一個重要組成系統是輸煤系統，目前我國的輸煤系統一般都采用plc、dcs系統，輸煤系統主要由翻車機給料帶、輪斗機、皮帶、犁煤器、碎煤機、除鐵器等一系列設備組成，其中皮帶系統占了重要組成部分，皮帶的控制又可分為啟動皮帶、停止皮帶、皮帶跑偏報警、上下級皮帶的聯鎖以及皮帶電機的電流信號控制，皮帶系統的仿真是輸煤系統仿真中的一個重要方面，我們必須建立皮帶系統的模型，利用此模型，可以做一些皮帶正常啟停，皮帶故障的模擬，從而達到對工業現場的模擬，并可以用仿真系統實現模擬工業現場,調試輸煤系統的目的。

就目前的情況看仿真系統一般為有線系統，在很大程度上限制了運用仿真系統在不同的地點對輸煤系統進行調試，而目前出現的無線控制網絡是用一些無線模塊搭建的可移動的網絡系統，可以實現一點對多點或者多點對多點的通信功能，而在工業現場中,我們需要有很多分散的控制模塊，這樣，利用無線網絡，可以很好的實現輸煤系統或者是其他較分散的系統的仿真。

項目選擇了現在比較可靠的無線模塊ptr8000作為建立無線網絡的基本模塊，主要建立一個輸煤仿真系統，其組成為：一臺計算機，在計算機上模擬輸煤皮帶的界面，利用opc server，通過串口連接無線收發模塊，無線收發模塊的作用是實現上位仿真機與dcs系統的通信。另外，我們還將開發分別帶ai、ao、di、do接口的無線模塊，其中帶ai、di模塊的無線模塊是無線發送模塊，帶ao、do的無線模塊是無線接收模塊，它們分別與dcs系統中的ao、do、ai、di模塊連接。利用這套系統，我們可以很好的完成皮帶系統的模擬,對工業現場進行仿真。整個系統如圖1所示。





圖1 輸煤仿真系統


2 無線網絡

2.1 無線局域網技術和標準

無線網絡作為有線網的擴展和補充，在有線設施使用受限的場合發揮著無可替代的作用。由于ism(industry/scientific/medical)頻段的開放，經營者和用戶不用申請受權就可以自由使用這些頻段，從而促進了無線數據通信技術的發展。無線數字傳輸常用的調制方法有窄帶數字調制和擴展頻譜調制，目前以擴頻調制方式居多，主要包括直接序列(direct sequence，ds)擴頻、跳頻(frequency hopping，fh)擴頻、跳時(time hopping，th)擴頻、線性跳頻擴頻及其組合等。

無線局域網(wireless lan)出現在20世紀90年代，隨著wlan市場的急劇增長，出現了多種無線局域網技術和標準，其中包括：

（1）以無線lan(local area network)為典型應用的、ieee 802.11和hiperlan；

（2）由家用射頻工作組(home radio frequency working group,hrfwg)提出的以家庭應用為主要背景的共享無線訪問協議(shared wireless access protocol,swap)；

（3）藍牙特別興趣小組(bsig)提出的藍牙系統；

（4）lmds(local multipoint distribution service)寬帶固定無線接入技術，即本地多點分配業務系統；

（5）超寬帶無線通信技術(uwb)。802.11標準是ieee(institute of electrical and electronics engineers)推出的無線互連協議，包括802.11a和802.11b兩種變體，其中802.11b的速率達到了11mbps。802.11標準使各種不同廠商的無線產品得以互連。

2.2 無線模塊

（1）ptr8000模塊介紹。ptr8000是專門為點對多點無線通信設計的一塊高性能嵌入式無線模塊，多頻道多頻段，低功耗模塊。內置完整的數據通信協議和crc檢錯，只需通過spi即可完成所有的無線收發傳輸，無亂碼輸出。體積較小，內置環行天線，性能穩定且不容易受外界影響，對電源不敏感。它的最大發射功率為+10dbm，高抗干擾gfsk調制，可跳頻，獨特的載波監測輸出，地址匹配輸出，數據就緒輸出。由于具有以上特點，這塊無線模塊適合運用在工業現場作為工業局域網的基本無線模塊。

（2）其他組成模塊介紹。我們設計的模塊是帶di(開關量輸入)，do(開關量輸出)，ai(模擬量輸入)，ao(模擬量輸出)模塊的無線模塊，主要利用m68hc12單片機作為模塊的核心單元，外圍的電路分別實現工業現場的di，do，ai，ao功能，并考慮工業現場的干擾較多，所以在設計時加上外圍的抗干擾電路，例如di模塊的rc濾波電路，光電隔離電路等。利用m68hc12單片機的spi接口，我們可以很容易的實現與無線模塊ptr8000通信。另外，在與上位計算機連接時，我們還設計了專門與計算機連接的m68hc12為核心的收發模塊。