分布式无线I-O传输的真空数据采集系统设计.docx

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1、分布式无线I/O传输的真空数据采集系统设计徐杰蒋云涛室外 室内 发送器天线 接收器天线 天线延长电缆图3天线电力与能源系统学报中旬干】2019年3期 电力与能源系统学报中旬刊的其它文章供电公司电力营销管理中营销管理信息系统的应用研究风电场智慧运维管理变压器检修维护中常见故障分析及处理电力企业网络信息平安防护体系的构建助航灯光系统回路电缆故障分析功率因数对工厂供配电系统电能质量的影响一全文完一Summary：公司所生产的标准罐和大型工程储罐在生产制造过程中，需要定时采 集产品在抽真空过程中的真空数据，此前一直采用人工手动采集的方式进行， 即操作人员赶至现场，将真空表连接到产品规管后读取真空值，效

2、率低下，且 抽真空异常停机次数较多，抽真空异常停机原因无法有效分析，出现故障后无 法第一时间得到信息。为解决此问题，本文设计了一套基于PLC-HMI和无线 I/O模块的分布式真空数据采集系统，本系统的设计与应用，实现了真空数据 的自动采集、生成报表，且真空值出现异常时自动输出报警，提高了抽真空作 业生产效率，保证了产品的及时交付，具有良好的应用推广价值。Key： PLC；HMI；真空传感器；无线模块；分布式I/O0背景公司所生产的标准罐和大型工程储罐在生产制造过程中，需要定时采集产品在 抽真空过程中的真空数据，抽真空作业为人工手动采集，具有如下局限性：1 人工6h/次到现场采集真空数据，出现故

3、障后无法第一时间得到信息，导致产 品真空丧失，须重新抽真空作业，影响产品交付;1人工采集真空数据不具有实 时性和连续性，往往故障发生时段区间的真空数据并没有记录，对故障原因无 法进行有效分析；1以公司产量最大的60m3产品为例，产品抽真空过程平均需要 进行10天，那么须进行真空数据采集40次/台，存在大量重复性工作。1系统需求分析经过前期生产需求调研，现场最大负荷为20台产品同时进行抽真空作业，分布 于厂区A、B、C、D四个区域（见图1）,其中A区域为标准罐产品12台，而B、C、D区域为工程罐产品共计8台。须新增一套PLC-HMI分布式控制系统采 集数据，由于区域跨度大，假设采用硬线线缆连接，

4、施工难度大，本钱也非常 高，故宜选用无线I/O模块来实现真空数据采集。2系统架构设计菲尼克斯电气的Wireless I/O是数字量或模拟量I/O信号无线传输的理想解决 方案，并且是在过程和控制技术中进行I/O通信的理想之选。Radioline系列 产品是适用于大型系统的全新无线系统。其主要特点为：只需通过指轮拨码， 便可在无需任何编程的情况下进行极其简单的输入和输出分配。Radioline可 发送I/O信号或串行数据，因此用途极广，也可以通过Modbus RTU传输协议直 接连接到控制器上。我们选用Radioline-2.4 GHz无线收发器,带RS-232/RS- 485接口，并使用I/O模

5、块进行扩展，RSMA （孔式）天线连接，支持点到点、 星形、网状网络最多250个工作站，范围可达5km （视线清晰）。对于PLC-HMI系统的搭建，我们选用了性能稳定、可靠的AB 1769-L30ERM控制 器，HMI那么采用Red lion G306Ao另外，真空传感器那么是选用与产品DV-6规管 匹配的DAVC-6型真空计，均是HASTINGS公司产品。由于A、D区域产品为室内作业，而B、C区域产品为室外作业，20台产品抽真 空作业具体位置在区域内要求可变动，所以须将20套无线发送端安装在可移动 式工装小车上。考虑到车间建筑及罐体的阻隔会减弱无线信号强度，我们采用 2套无线接收装置来接收2

6、0套无线发送端发出的信号，如图1所示，在I车间 室内A区域附近布置1套接收装置（图1所示五角星I）,用于接收12台产品 数据信号，而B、C、D区域所需无线信号覆盖面积更大，我们将接收装置折中 布局（图1所示五角星J）,将其安装于J车间南面外墙的登高平台上，这样 既能接收到B、C等室外区域的无线信号，也可以接收到室内D区域的无线信 号，且登高平台方便日后维护。综上，我们系统架构如图2所示，A区域接收装置I集成于主控电柜上，将模 拟量信号直接输出至PLC,而B、C、D区域接收装置J与PLC的分布式I/O模 块Point 10集成于控制箱上，安装在J车间外墙平台上，通过光纤连接至I车 间主控电柜，接

7、收装置输出的模拟量信号经过Point 10,再传输至PLC。作为 中控核心的PLC将以上2个接收装置的20路真空数据信号加以算控制，并在 HMI上显示。3无线系统设计1硬件配置系统中2套无线系统可视为子系统，暂且称之为子系统I和子系统J,它们均 由无线收发器、10扩展模块、全向天线、天线电缆、电涌保护器等元件组成， 考虑到室外雨水环境要求，天线选型上应分别来考量，故室外发送器天线选用 了防护等级为IP68且耐腐蚀的RADTSM-2459型全向天线，而室内发送器天线 选用了较为廉价的ANT-OMNI-2459型全向天线。接收器天线那么选用带安装托架 和杆夹的RAD-ISM-2400-ANT-0M

8、NI型全向天线，并且可安装长3m的天线延长电 缆RAD-CAB-EF393来调整安装高度，以更好地接收无线信号。天线的选型如图 3所示。3. 2硬件组态Radioline无线系统硬件组态是利用PSI-CONF组态软件和指轮拨码完成的，2套子系统须分别设置。将子系统接收器作为主站，发送器作为从站，主站的地 址必须为01,将其指轮拨码设置为01,其余从站地址的设置区间为02-99,为 了方便记忆和维护，我们将子系统I的12个从站地址设置为11-22,将子系统 J的8个从站地址设置为23-30,并将各从站设备指轮拨码设置为相应的数字。2套无线系统需要同时运行，并且彼此相距较近，为了将无线系统分开，应

9、该 选择不同的RF频带和网络ID。我们将子系统I的频带设置为4,网络ID设为 1;将子系统J的频带设置为6,网络ID设为127。由于A区域标准罐抽真空作 业时较为集中，视线比拟清晰，我们将子系统I的网络设为星形，将无线电接 口的数据速率设置为125 kbps；而B、C、D区域工程储罐抽真空作业时相对分 散，我们将子系统J的网络设为网状，同时为了降低工程储罐庞大的体积对无 线信号视线遮挡的影响，我们将8个从站设置为中继从站，并将无线电接口的 数据速率设置降为16 kbps,提高了无线模块接收器的灵敏度，因为低数据速 率实现的接收距离要比采用高数据速率时更远。4. PLC-HMI系统设计本系统是基

10、于PLC-HMI控制系统开发的，PLC可将无线系统采集的真空数据信 号自动处理，通过HMI进行人机交互。操作人员在现场完成连接产品、放置发 送器工装小车等准备工作后，仅需在HMI上录入相关信息并启动对应编号埠的 采集系统，作业结束后那么关闭该系统，期间无需频繁地往返于现场做例行真空 数据采集。按照生产工艺要求，我们设置了每6小时自动采集一次真空数据， 也可人工随时采集，且系统后台以1s/次的频次记录真空数据，并存储于HMI 的CF卡中。本系统接入公司局域网，可通过HMI的Web服务器功能进行Web访问HMI远程 界面和后台记录数据，进而对真空异常进行有效的分析。 本系统通过PLC控制程序自动分

11、析真空数据，每10分钟进行比对一次，如果真 空数据上升过快那么视为异常，或者发送器出现电源故障导致断电，这时会触发 主控柜声光报警，并通过HMI邮件管理功能发送邮件至相关人员邮箱，及时有 效地防止产品真空丧失。在完成抽真空作业后，真空数据记录报表也将自动发 送至相关人员邮箱。5结论本系统的设计与应用，成功实现了公司的标准罐和工程罐抽真空作业过程的数 字化、自动化和智能化。真空异常报警功能可满足抽真空故障停机快速响应的 要求，防止了产品延误交期；真空数据报表以.CSV格式邮件发送，并支持Web 访问和下载真空数据记录，便于归档管理，提高质量追溯效率；自动采集功能那么 大幅降低人工劳动强度，如减少工程罐真空数据采集操作人员登高作业38次/ 台，降低平安风险同时也减轻了雨雪、寒冷或炎热天气下的劳动强度。随着本 系统在公司的推行应用，生产排班已取消了夜班，对于大型深冷压力容器制造 行业，有较高的推广价值。