鋼鐵工業(yè)中的無線遙控和計算機的無線數(shù)據(jù)通信

1、鋼鐵工業(yè)中的無線遙控和計算機的無線數(shù)據(jù)通信馬宏遠摘要從理論上分析了無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)中微波擴頻技術(shù)的原理和抗干擾性，介紹了無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品，以及在工業(yè)部門應(yīng)用無線遙控和無線數(shù)據(jù)通信的實例。關(guān)鍵詞計算機數(shù)據(jù)通信無線遙控微波擴頻Radio remote control and radio data communication of computer in iron and steel industry Ma Hongyuan (Chongqing Iron Steel Designing Institute Chongqing 400013) Abstract The principle and

2、anti interference resistance of microwave frequency expansion technique in radio data communication technology are analyzed theoretically. The configuration and products for radio network are introduced. The application examples of radio remote control and radio data communication in industrial fiel

3、d are presented. Key words computer;data communication; radio remote control; microwave frequency expansion無線遙控和無線通信的應(yīng)用已有相當長的歷史。90年代初微波擴頻技術(shù)從軍用解密轉(zhuǎn)向民用，為低功率微波擴頻通信在無線遙控和計算機的無線數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用創(chuàng)造了更好的條件，使鋼鐵企業(yè)中工作環(huán)境嚴酷的運動機械的遙控和計算機高質(zhì)量的無線聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用成為現(xiàn)實。1微波擴頻通信技術(shù)的基本原理擴頻通信的基本原理是使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機碼，把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬

4、帶的低功率譜密度的信號來發(fā)射。香農(nóng)(Shannon)的信道容量公式為C=Wlog2(1)式中C為信息傳輸率；W為頻帶寬(帶寬)；為信號/噪聲比(信噪比)。由上式可知，如果信息傳輸率C不變，增加頻帶寬就可以在較低的信噪比的情況下以相同的信息傳輸率來可靠地傳輸信息，甚至在信號被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)地增加信號的頻帶寬仍能保持可靠通信。擴頻通信技術(shù)常用的有跳頻(FH)式和直序擴頻(DSSS)式。2微波擴頻通信的抗干擾性微波擴頻通信與普通的微波通信不同。在擴頻通信中，擴頻增益G為擴頻后的信號帶寬B2(寬帶)與擴頻前的信號帶寬B1(窄帶)之比，即那么，在擴頻通信中，接收端對接收到的信號做擴頻解調(diào)，只

5、提取與擴頻編碼相關(guān)處理后帶寬為B1的信號成分，而排除了擴展到寬帶B2中的干擾、噪聲和其它用戶通信的影響，也就是相當于把接收信噪比提高了G倍，或者是把干擾強度降低了G倍。例如，若G=1000，就相當于把干擾強度降低了1000倍，大大提高了無線通信的抗干擾性?？紤]到輸出端的信噪比和接收系統(tǒng)損耗，實際擴頻增益帶來的信噪比的改善為M=G輸出端信噪比系統(tǒng)損耗式中M為抗干擾容限。實際上，輸出端信噪比和系統(tǒng)損耗都比較小，所以，M可以近似看作等于G。同時，因接收信號時需要對擴頻編碼進行相關(guān)處理，所以，即使使用同類型號進行干擾，在不知道信號的擴頻編碼的情況下，由于不同擴頻編碼之間不同的相關(guān)性，干擾也不起作用。圖

6、1為微波擴頻通信的原理圖1。圖1 微波擴頻通信原理圖正因為如此，擴頻無線通信技術(shù)為運動機械的無線遙控、測量信號的無線傳送、計算機無線數(shù)據(jù)通信的工業(yè)應(yīng)用提供了可靠的保證，甚至比有線數(shù)據(jù)通信更具安全性，并且無需申請專用固定頻道就可使用2。3計算機的無線數(shù)據(jù)通信和無線聯(lián)網(wǎng)無線通信不需要有線通信的物理連接，因而無線聯(lián)網(wǎng)較之有線網(wǎng)絡(luò)投資低，施工維護量小，系統(tǒng)擴展更加方便、容易。IEEE(國際電力電子工程師學(xué)會)802專門委員會于1995年9月就制定了關(guān)于計算機無線數(shù)據(jù)通信的無線網(wǎng)絡(luò)物理層和鏈路層的802.11協(xié)議，為無線網(wǎng)絡(luò)通信建立了一個開放的標準。同時，世界上也生產(chǎn)了一系列的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，如各種無線網(wǎng)

7、卡、轉(zhuǎn)接器、網(wǎng)橋、路由器、中繼器等，從而實現(xiàn)計算機的點對點、一點對多點、不同通信協(xié)議間網(wǎng)絡(luò)的互連，以及計算機的有線網(wǎng)與無線網(wǎng)的混合連接等各式各樣的應(yīng)用，成為工廠企業(yè)數(shù)據(jù)通信不可缺少的方式34。802.11協(xié)議采用了CSMA/CA的介質(zhì)訪問協(xié)議、無線網(wǎng)絡(luò)的幀格式、跳頻式和直序擴頻式兩種工作方式。當前典型的以太網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的主要技術(shù)指標如下。.通信技術(shù)微波擴頻無線技術(shù).通信頻點900MHz/2.45GHz.頻帶寬度26MHz.誤碼率108.通信速率1.52Mb/s可調(diào).輸出功率100250mW.通信距離50m50km，視天線方式而定.發(fā)射功率100mW/250mW.介質(zhì)訪問協(xié)議CSMA/CA.網(wǎng)

8、絡(luò)協(xié)議IEEE802.3，TCP/IP.機器通信接口PC機，16位ISA或MCA.工作環(huán)境MSDOS3.1以上操作系統(tǒng)及Windows環(huán)境.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境Novell公司的Netware，Microsoft公司的LANManager，Windowsfor Work groups主要的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有：(1)臺式機無線網(wǎng)卡是集微波收發(fā)、信號調(diào)制與網(wǎng)絡(luò)控制于一體的網(wǎng)卡，可插在PC機的16位ISA或MCA總線上，由相應(yīng)的軟件設(shè)置即可。當接內(nèi)天線時，傳輸距離為250m，用定向天線時可達50km。(2)并口無線網(wǎng)卡是安裝在筆記本計算機上的無線網(wǎng)卡，以自身外殼為天線，傳輸半徑為250m。(3)無線網(wǎng)橋提供點對點、1點

9、多址的無線轉(zhuǎn)接器、基站和從站的工作方式，用于解決天線與網(wǎng)絡(luò)相距較遠的問題。(4)無線路由器有多種有線接口和無線接口，用于進行網(wǎng)間(無線或有線)的路由選擇與橋聯(lián)，借助無線技術(shù)，把地理上分離的、目前流行的多種有線或無線網(wǎng)相連。(5)無線轉(zhuǎn)接器通過無線轉(zhuǎn)接器可以將250m以內(nèi)的、配有無線網(wǎng)卡的計算機連入有線網(wǎng)絡(luò)，并可和無線網(wǎng)橋、路由器相連，以支持一個整體的區(qū)域無線連接。無線轉(zhuǎn)接器上提供了和有線網(wǎng)相連的多種插座，可以多種線纜方式連入有線網(wǎng)。(6)無線適配器提供客戶機服務(wù)器和點對點無線網(wǎng)絡(luò)連接，采用RJ-45(10BASE-T)以太網(wǎng)接口，安裝簡單，只需將其插入RJ-45連接器，進行一系列自檢和自設(shè)置即

10、可運行，無需附加驅(qū)動軟件。(7)無線MODEM與計算機的數(shù)據(jù)接口為RS-232、RS-485，接口速率為115.2Kb/s，無線通信速率為2Mb/s，通信距離在半開放空間為3050m、開放空間為150m、配置天線可達10km。軟件需配置無線傳輸?shù)刂?。圖2為美國西屋WDPF的有線與無線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例。該系統(tǒng)采用100Mb/s的冗余光纖環(huán)網(wǎng)(Westnet)，連接各控制站(DPU)、操作站(MMIWEStation)、計算機(PC、工作站、服務(wù)器WEStation)，并可與其它局域網(wǎng)連接。此外，還可通過系統(tǒng)中計算機的無線通信接口(如無線網(wǎng)卡、無線MODEM)及數(shù)據(jù)通信總線上的無線通信接口(如無線

11、網(wǎng)橋、無線路由器)進行計算機之間以及WDPF系統(tǒng)與其它廣域網(wǎng)的無線數(shù)據(jù)通信。圖2WDPF通信系統(tǒng)實例4測量數(shù)據(jù)的無線傳送以前由于運動物體上的傳感器需要與測量儀器有線連接，因此運動物體測量參數(shù)的傳輸如軋輥表面溫度和扭矩、移動臺車和起重機吊鉤的稱重、旋轉(zhuǎn)容器的應(yīng)力、行走中的火車輪箍和飛機輪胎的溫度等信號傳輸5，基本上是不可能的，有的雖可采用非接觸式或間接測量，但測量精度不高。采用無線傳送就可把傳感器和發(fā)射機(現(xiàn)在發(fā)射機可做得非常小)裝在被測的運動物體上，而把測量數(shù)據(jù)無線傳送給測量儀器或計算機。4.1機上稱重信號的無線傳送對于把稱重傳感器安裝在移動臺車上的料罐或料籃中物料重量的測量，可將臺車上的稱重

12、傳感器及其相配的重量變換器與車上的無線發(fā)射機相連，地面的無線接收機與大型LED顯示屏或打印機相連，顯示和打印行走中臺車上物料的重量，地面無線接收機通過RS232串口與計算機相連，直接將稱重信號輸入計算機進行必要的處理和管理。圖3為德國HBC公司的機上稱重信號無線傳送示意圖。圖3 機上稱重信號無線傳送示意圖4.2起重機吊鉤電子秤的無線傳送德國HBC公司的帶無線通信的吊鉤電子秤直接裝在吊鉤上，可把吊鉤的起重信號無線傳送給半徑1000m內(nèi)的TeleBox稱重數(shù)據(jù)接收機或LED大屏幕顯示屏，TeleBox稱重數(shù)據(jù)接收機有與計算機連接的標準的RS-232串行通信接口，從而把起重機上吊鉤電子秤的稱重信號通

13、過無線與有線數(shù)據(jù)通信將車間的生產(chǎn)控制和管理計算機連接起來。其無線傳送示意圖如圖3所示。5運動機械的無線遙控鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境較差，無線遙控也最早在鋼鐵企業(yè)中得到應(yīng)用，如寶鋼原料碼頭礦石船倉中推土機的無線遙控，高爐泥炮、開口機的無線遙控，鐵水車的地面無線遙控。隨著無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，無線遙控技術(shù)有很大發(fā)展，如寶鋼鐵水車采用衛(wèi)星定位技術(shù)進行計算機控制和管理。下面是采用無線遙控的運動機械的實例。5.1轉(zhuǎn)爐防煙板的無線遙控圖4為日本某廠轉(zhuǎn)爐防煙板的無線遙控的示意圖。轉(zhuǎn)爐操作室距轉(zhuǎn)爐約20m，操作室用耐熱玻璃窗，在操作室的操作臺或計算機操作站可以無線控制防煙板的開閉6。圖4轉(zhuǎn)爐防煙板的無線遙控5.

14、2鋼坯堆放場起重機、臺車、保溫坑保溫罩的無線遙控圖5表示有4跨、4臺跨間移動臺車、11臺鋼坯起重機、4個保溫坑的鋼坯堆放場，全部設(shè)備采用無線控制。由于全部設(shè)備分布在4跨，均屬半開放空間型，為保證數(shù)據(jù)的無線傳輸，在鋼坯堆放場內(nèi)設(shè)有R1、R2、R33個發(fā)射機，發(fā)射機通過電纜和中繼器連接到電氣控制室進行集中控制和管理，在起重機、過跨臺車及保溫坑上安裝接收機，構(gòu)成了無線與有線混合的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)6。圖5鋼坯堆放場的無線遙控B保溫罩；R中繼器；A3、A4、14、15、34車間起重機編號6城市供排水泵站系統(tǒng)的無線監(jiān)視與控制城市供排水泵站地域分布較廣，為了集中監(jiān)視與控制需要敷設(shè)大量長距離電纜，不僅投資高、維護

15、量大，而且容易受火災(zāi)、雷擊等各種災(zāi)害的影響，因而提出了控制線路無形化的要求。圖6為日本日野增壓泵站的無線監(jiān)視控制系統(tǒng)，設(shè)有一個總站監(jiān)控城市內(nèi)的8個增壓泵站，為滿足通信的要求還設(shè)有2個中繼站7。圖6日野增壓泵站無線監(jiān)視與控制系統(tǒng)2GHz多向多重?zé)o線(4 800b/s:HDLC方式); 400MHz單向無線(600b/s:CDT方式);TM遙測儀; TC遙控器; DW單向無線裝置; DDW多向多重?zé)o線裝置7新疆八一鋼廠電爐煉鋼車間的無線遙控與計算機的無線數(shù)據(jù)通信八一鋼廠電爐煉鋼車間由配料間、電爐、LF爐、方坯連鑄機組成。煉鋼跨3臺起重機采用機上無人駕駛，由操作人員手持遙控器在地面操作。廢鋼由距電爐

16、煉鋼車間約5km的廢鋼處理場運來，在運料籃的臺車上設(shè)有電子秤進行原料稱重，配料間計算機進行料籃的管理，同時根據(jù)電爐計算機傳送來的煉鋼計劃配料要求，指導(dǎo)配料間2臺起重機上的司機進行起吊料籃的配料操作，配料間計算機將配料實績傳送給電爐計算機。為滿足上述要求，我們采用運料籃臺車上的電子秤將料籃的稱重信號無線傳送給配料間計算機，配料間計算機進行料籃去皮、歸零處理和配料間料籃管理，再把電爐每爐的裝料指示無線傳送給配料間起重機駕駛室的計算機終端，指導(dǎo)司機配料操作。配料間計算機與電爐計算機通過以太網(wǎng)電纜連接進行數(shù)據(jù)傳送，配料間計算機與遠距離的廢鋼處理場計算機終端也采用無線數(shù)據(jù)通信，傳送廢鋼處理計劃，從而構(gòu)成電爐煉鋼車間配料間計算機的無線和有線的混合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。圖7表示八一鋼廠電爐煉鋼車間配料間計算機的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。圖7 八一鋼廠電爐煤油鋼車間配料間計算機的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)針對八一鋼廠電爐煉鋼車間配料間計算機無法與運料移動臺車和起重機終端有線通信的問題，分析了微波擴頻無線數(shù)據(jù)通信的原理和抗干擾性，研究了無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品，收集了在工業(yè)部門應(yīng)用無線遙控和無線數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用實例，在此基礎(chǔ)上建立了配料間計算機的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。本工程建設(shè)的成