张成业
（大唐安阳发电厂 河南 安阳 455000）
摘要：河南安阳发电厂有1台悬臂式斗轮机。斗轮机在我厂运行多年，其控制拖缆经常损坏，导致皮带与斗轮机无法联锁，更换过多次均未解决问题。经过全方位方案对比和同类设备市场调研，我们选择了采用无线控制技术替代控制拖缆，该系统经实际运行效果来看，运行非常稳定，本次改造非常成功，从根本上解决了现场存在的问题，提高了设备的自动化水平。该产品的成功应用，大幅减小了斗轮故障，减少维护次数，提升设备稳定，稳定上煤秩序，对安全生产起到的推动性作用。
关键词：斗轮机无线 无线联锁 2.4G 跳频扩频技术 移动拖缆解决方案 PLC
一、引言
大唐安阳发电厂斗轮堆取料机1996年安装投运，1997年8月投产，型号为DQL-1200型，系大连重型机械厂制造，安装在南北长279米的两个煤场之间。该设备有堆料、取料和物料直通三种工况，承担着输煤系统配煤及取煤工作，是一种高效连续作业的堆取料设备。
二、存在问题及分析
安阳电厂斗轮机控制电缆采用定制柔性拖令电缆，配合卷盘机构完成斗轮机联锁控制。斗轮机常年暴露在户外煤场环境下，并且现场粉尘较多，斗轮机频繁启停，造成卷盘电机发热比较厉害，加上煤粉堵塞，容易发生卡死现象，造成控制拖缆被拉断；再加上煤块的压砸，自投运以来，控制拖缆多次出现断芯，严重影响机组安全，是造成系统不稳定的根本因素。
当控制电缆断芯时，斗轮机与其下部的输煤皮带不能进行联锁，当皮带机故障停机时，斗轮堆取料机不能立即实现停止，经常造成皮带溢煤堵煤，导致运行当班人员除正常工作之外，还额外增加清理溢煤的工作量，经常不能正常下班及交接班。斗轮机现场环境特别恶劣，潮湿，现场粉尘浓度更是严重超标，极易造成群体性尘肺病的发生，给燃料职工身心健康带来严重危害，斗轮机出现故障还影响机组正常上煤秩序，易造成重大事故。
三、前期调研
为了彻底解决这一现场综合难题，查阅了大量资料，并于2014年将斗轮机拖缆问题列为厂里一项技改反措项目。经过多次的技术比较和论证，最终采用无线控制技术替代现有控制电缆这一方案。以下为我们前期调研的过程：
首先我们分析可以替代的方案，目前国内斗轮机替代传统控制拖缆的方案总共有三种：采用柔性拖令电缆、载波、无线三种控制方式。通过下表我们具体分析几种控制方式的利弊：
通过上表中的比对，我们了解到，从通讯速率、通讯距离层面来说，无线和通讯方式全面占优；从移动设备应用层面，我们推荐载波和无线方式；从设备重复利用性和扩展能力来说，无线通讯在这方面胜出。综上所述，基本上确定采用无线控制的方案。
为了确保斗轮机的无线控制方案的可靠性，我们通过行方案评审、同行业应用业绩、企业资质等多方面比对，决定采用西安弘圣机电科技有限责任公司生产的HSWD-1斗轮机无线控制系统。
在安装调试期间，除了常规使用，我们采用无线对讲机、手机、大功率用电设备，变频器等设备模拟产生电磁波和大电流信号对无线信号人为进行干扰，同时模拟皮带电机启动和停止产生的脉冲对无线的干扰。期间还进行环境测试、震动测试等项目。
通过全方位现场应用测试，笔者对无线的性能，功能和应用方式等有了比较更深层的了解，同时进行的一系列测试中，由西安弘圣机电科技有限责任公司生产的HSWD-1无线控制系统在设备稳定性，功能设计、环境适应性、抗干扰性等多项测试项目中，全面满足我公司的要求。
四、改造过程
本次改造的1台悬臂斗轮机，斗轮机属于输煤系统最前端设备，在系统中占用举足轻重的位置，斗轮机一旦故障，这条上煤线路上所有的设备都会联锁跳闸，严重影响上煤流程。据此改造对无线控制系统的可靠性要求极高，并且改造期间不能影响正常上煤秩序，因此采用设备运行间隙进行安装，计划4天改造完毕，实际用时2天，现场施工分为三部分具体改造步骤如下。
第一部分完成无线主站部分的安装，无线主站安装在斗轮机皮带头部转运站，通过馈线将天线引出至转运站楼顶层，将原来中转端子箱的控制电缆抽出，通过硬接线将无线主机的I/O信号连接输煤集控DCS相对应的接线端子上；
第二部分完成无线从站的安装，无线从站安装于斗轮机上面的电气室，通过馈线将天线引出至斗轮机电气室顶部，然后安装1套户外天线天线。通过硬接线将无线从机的I/O信号连接连接斗轮机控制柜内相对应的接线端子上。
第三部分进行联机调试，首先确认接线无误，然后合上无线供电电源，进入模拟调试阶段，模拟调试正常进入试运行阶段。试运行通过后交付运行班组使用。
从程控计算机远方操作斗轮机，让斗轮机无线控制系统完全投入实际运行。
运行后继续观察两个工作日，直到完全没有问题。
系统投入正常运行。
五、斗轮机无线采用热点技术介绍
斗轮机属于电厂输煤系统重要设备，其对于运行可靠性有严格要求。HSWD-1斗轮机无线控制系统专门针对斗轮机特性研发，有别于普通工业无线。系统采用模块化设计，各个功能区分区合理，模块更换简单快速，采用插接端子，更换无需校线，简化维修过程，提高设备可靠性，降低维修技术门槛。为保证产品的绝对可靠性，该无线控制系统采取多项最新技术，采用软硬件结合的方式，确保无线传输的可靠，使产品能在恶劣的现场环境以及极端电磁环境下稳定的工作：
跳频技术： HSWD-1无线控制统采用目前最先进的跳频扩频(Frequency Hopping Spread Spectrum)技术。主从站之间的通讯频率在正常通讯过程中，检测下一个空闲频率通道，当受到同频干扰导致无法通讯时，依据事先由随机序列码生成的跳频表周期性地在不同频道之间来回跳变。采用了该技术以后不仅可以避免其他射频信号对无线系统的干扰。而且自动避开干扰源，进一步增强了安全性。
冗余校验技术：在通讯过程中，为了进一步确保通讯可靠性，还引入了循环冗余校验（CRC）。所有网络设备在数据收发时都采用了CRC进行数据和信息准确性的校验。
采用时分多址（TDMA）技术，给每个从站分配一个时隙，确保主从站之间的通讯。主站可侦测出与从站之间通讯射频链接的丢失。一旦发生通讯中断，从站的所有输出端子可以输出用户预定义的状态以确保安全。当通讯射频链接恢复后，从站自动回复到正常运行状态。
绕射技术：斗轮机现场环境十分复杂，除了防止现场扬尘、潮湿、脏乱差等环境之外，还要防止现场复杂的电磁干扰。除此之外，最严重的是现场煤堆过高后阻挡斗轮机视线，造成信号经常中断的情况。该无线控制系统专门针对煤场过高不可视的情况下推出具有绕射功能的无线通讯系统，通过特殊的算法，可以不受煤场高度制约，在不可视的情况下依然稳定可靠连接，右图直观表达了具备绕射功能的斗轮机堆取料无线控制系统。
温度补偿技术：斗轮机大部分为钢制材料，对于环境温度具有良好的传导性，因此设备在冬天和夏天温差较大。无线频敏振荡器(FCXO)属于无线模块的核心晶体，要求整个工作温度范围总漂移控制在±10 ppm/℃内才能保持最佳频率稳定性。我们在电路中增加温度补偿晶振器(TCXO)，采用C-MAC温度补偿方案，可产生高达六阶温度多项式函数，从而稳定无线模块的温度系数，进一步提高产品的环境适应性。
五、改造后运行状况
改造后运行正常，该无线控制系统表现出优异的性能。从安装调试完成至今无一次故障记录，完全达到免维护标准。大幅减轻检修人员的工作压力和劳动强度，同时提升设备运行的稳定性，大幅提升运行效率。为保发电，促生产提供有力的支撑。是一项非常成功的技改项目。
六、经济效益
斗轮机的轨道以300米计算，需要特殊定制的柔性控制电缆，造价200元/米，每两年更换一次，需要电缆材料费用6万元，人工费1万元，共计3~4万元/年，10年的费用费用为4×10=40万元；斗轮堆取料机的卷盘电机使用二台3KW电机，年消费电费2×3KW×24H×310×0.6元/KWH=2.6万元/台。其中不包括设备故障停运，更换停车带来的损失；斗轮机无线控制系统的设计寿命大于10年，功耗为15w几乎可以忽略不计，斗轮机投资费用为5万/台，10年可以节约35万元，因不使用卷盘电机斗轮堆取料机年节约电费2.6万元/台。按使用三年，共能节省电费7.8万元。10年可以节约60余万元。除提升设备可靠性，降低检修工作量之外，还为我厂带来节省一大笔投资，经济效益十分显著。
七、结论
本次斗轮机无线控制系统改造，从开始论证方案到最后正式使用，做了大量研究和测试工作，通过这次改造，为用无线技术控制移动和转动设备积累了经验，同时也节约了更换柔性控制电缆的费用，此技术值得在全国斗轮机和大型移动设备远程控制方面推广。此项目的成功运行，使我们积累了更多无线控制方面的认知，在下一步的工作中，我们重点放在将无线控制的方式扩大至我厂应用范围，带来更加稳定的特性，在提高设备运行效率的同时，大幅降低检修工作人员的劳动强度。
参考文献
西安弘圣机电科技有限责任公司无线控制系统说明书
大唐安阳发电厂（公司）企业标准 （燃料检修工艺规程）
跳频通讯干扰与抗干扰技术
现代一致性几何绕射理论
论文作者:张成业
论文发表刊物:《电力设备》2015年7期供稿
论文发表时间:2016/2/15
标签：轮机论文; 设备论文; 控制系统论文; 万元论文; 技术论文; 通讯论文; 安阳论文; 《电力设备》2015年7期供稿论文;