回轉(zhuǎn)窯測溫中多站點(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)溫度檢測準(zhǔn)確與否，對球團(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)對多站點(diǎn)無線通信系統(tǒng)及低功耗技術(shù)的應(yīng)用是以回轉(zhuǎn)窯無線測溫系統(tǒng)為例進(jìn)行的描述，該技術(shù)同樣可以應(yīng)用于其它無線通信領(lǐng)域。無線通信各站點(diǎn)距離可根據(jù)需要選擇不同的無線射頻模塊，再配置合適的通信天線即可，低功耗技術(shù)可根據(jù)無線發(fā)射裝置現(xiàn)場供電是否方便等進(jìn)行選擇。

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

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

二、回轉(zhuǎn)窯測溫多站點(diǎn)無線通信系統(tǒng)

1、系統(tǒng)組成

回轉(zhuǎn)窯單站點(diǎn)對多站點(diǎn)無線測溫系統(tǒng)主要由無線發(fā)射裝置以及無線固定接收裝置組成，整個系統(tǒng)中無線發(fā)射裝置可以有一個或多個，固定接收裝置只有一個。無線發(fā)射裝置采集多路熱電偶的溫度信號，通過無線射頻技術(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現(xiàn)場總線把數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)。

無線發(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。其中數(shù)據(jù)采集單元采集若干組熱電偶信號及熱電阻信號；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)窯上各個站點(diǎn)無遮擋無干擾的通信條件，采用220V交流電源供電。其中無線數(shù)據(jù)接收單元采用與無線發(fā)射裝置配套的無線射頻模塊；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)場總線。

2、系統(tǒng)的工作過程

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

假設(shè)有m個無線發(fā)射裝置，固定接收裝置對每一個無線發(fā)射裝置的訪問周期設(shè)為n秒，則固定接收裝置對m個無線發(fā)射裝置完成一次完整的輪詢請求，需要m×n秒的時間。

三、應(yīng)用前景分析

回轉(zhuǎn)窯測溫中多站點(diǎn)通信實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯上的多個站點(diǎn)與回轉(zhuǎn)窯下的主站進(jìn)行無線通信，且窯上每個站點(diǎn)可分別接入數(shù)十路溫度檢測信號。較傳統(tǒng)的采用滑環(huán)法進(jìn)行信號傳輸有多項優(yōu)勢：首先，該技術(shù)相比滑環(huán)法而言無直接接觸部分，更加穩(wěn)定可靠，除更換電池外，無其它維護(hù)工作量；其次，相比傳統(tǒng)的滑環(huán)法每個測溫點(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溫信號，可減少施工成本及工程量，增加測溫點(diǎn)時只需直接接入窯上站點(diǎn)的備用通道即可。同時，與之配套的無線發(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，延長了電池的使用時間，從而保證了測溫系統(tǒng)長期正常的運(yùn)行。

利用無線射頻模塊的單站點(diǎn)對多站點(diǎn)通信技術(shù)，實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯的多站點(diǎn)測溫，滿足了熱工及工藝生產(chǎn)的要求，并且對無線發(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，從而延長電池的使用時間，減少電池更換次數(shù)，保證回轉(zhuǎn)窯測溫系統(tǒng)正常可靠的運(yùn)行。