西门子工业网络设备在钢厂烧结料场的应用

　　斗轮机堆取料利用率相当高，在生产中占有举足轻重的地位。常规解决方案为拖缆传输。 供电滑触线的出现，使斗轮机减少了动力拖缆。但对于控制信号，由于需要的电缆芯数太多，而且对模拟信号不能使用滑线，因此，控制信号仍依靠拖缆。一般斗轮机工作时，仍然需要配置 2条拖缆，一条是数字量的控制电缆，另一条是模拟量的屏蔽计算机电缆。按常规的控制方法，拖缆一头接至斗轮机本体上的PLC 控制箱内，另一头接就地固定安装的控制箱上，再通过电缆桥架或埋管用电缆把这些信号送到远方的控制中心。

　　拖缆控制方式在使用中存在以下问题：

　　1、拖缆故障率较高，在使用中经常因拖缆损坏引起故障停机。

　　2、拖缆在室外长期运行，电缆老化严重，根据常规参数，在恶劣环境下运行，要求至少二年更换一次电缆。

　　3、卷盘拖缆的盘卷电机在使用时时刻在起/停状态，工作中发热比较厉害，卷盘电机在工作中故障率较高，卷盘故障造成的故障停机占斗轮机故障停机的1/4。

　　4、滑环很容易出故障，容易进灰尘导致控制信号时有时无，影响生产，有时候还会错位，导致短路，烧坏设备。

　　5、斗轮机卷盘电机的使用造成电力能源的额外浪费。

　　控制电缆人为损坏的情况较多，更换成本高且维护费时费力，无形中又增加了检修人员和运行人员的工作量。

二、项目条件：

　　铁矿石为了充分反应尽可能多地炼出钢铁，入厂后要进行粉碎筛选，矿粉不容易装炉冶炼，因此需要烧结成块状、球状。烧结工艺就是把铁矿粉烧结成块状或球状,便于高炉炼铁，涟源钢铁烧结料场位于涟源钢铁厂内，是炼钢整个工艺段最初的环节，其工作效率直接影响下面连续工艺段的正常运行。

图1：料场平面布置图

　　1、涟源钢铁无线烧结料场大小为380m x 500m。

　　2、料场内有7台斗轮机，沿轨道工作。

　　3、其中1、2、3号斗轮机两两相距为60米左右，3、4、5号斗轮机两两相距110米左右，5、6、7号斗轮机两两相距不超过20米。

　　4、料场煤堆高度最高为12米。

　　5、斗轮机与料场边的3个操作台进行通讯，操作台可以控制斗轮机的运动。

　　6、斗轮机在露天空地工作，需考虑防雷击保护。

三、方案说明：

　　有线网络配置说明：

　　1、7台AP通过X101-1光电转换器将无线信号转换为光信号，4路送至2#站光纤交换机，3路送至电气楼光纤交换机，采用光纤传输可以保证信号传输质量，防止信号干扰。

　　2、在电气楼采用1台X414-3E模块化工业级交换机，通过选择不同的介质模块，提供RJ45*12/千兆光口*2/百兆光口*8，可以连接配料系统PLC，胶带控制系统PLC和水雾系统PLC与3台无线AP的信号，完全满足系统需求。

　　3、2#站采用1台X414-3E模块化工业级交换机，通过选择不同的介质模块，提供RJ45*12/千兆光口*2/百兆光口*4，连接4台无线AP的信号。[page]

　　4、翻车机站采用1台X414-3E模块化工业级交换机，通过选择不同的介质模块，提供RJ45*12/千兆光口*2/百兆光口*4 ，3台AB主控PLC通过光纤接入X414-3E工业级以太网交换机。

　　5、电气楼，2#站和翻车机站交换机之间采用千兆单模光纤组成冗余环网，保证数据传输可靠性和稳定性，最远传输距离可到10KM，完全满足料场范围的需求。

　　6、借助X414-3E提供的VLAN功能，可将位于不同交换机上的AP划分为同一VLAN中，保证不同系统之间的数据互不干扰。

　　无线网络配置说明：

　　1、7台W786-1PRO无线AP分别架设于料场两侧的灯柱上，使用14dBi的定向天线分别对料场斗轮机进行有效无线信号覆盖;

　　2、每台斗轮机配置W746-1PRO无线客户端，天线采用14dBi，保证信号接收质量。根据模拟，最小通信速率可达18Mbps;

　　3、天线下方均配置了避雷器，防止雷击;

　　4、设备防护等级均为IP65，能在恶劣环境中稳定工作。

　　5、5，6，7号车两两之间的距离小于20米，可以共用1台AP，从而节约投资，使系统性价比更好。
 

四、信号模拟

　　由于料场范围较广，又存在不定高度的煤堆，其对无线电波的反射、折射等现象对其信号强度造成的影响不可估。

　　西门子的SINEMA E无线信号模拟软件可以对复杂的无线环境进行模拟，以得到接近实际情况的可视化效果图，便于现场无线设备的布置。

五、配置清单

　　有线网络配置清单：
　　主电气室交换机配置
　　名称描述订货号数量
　　交换机SCALANCEX414-3E6GK54143FC002AA21
　　光纤扩展插槽EM496-46GK54964MA008AA21
　　千兆光纤介质模块MM492-2LD6GK54922AM008AA21
　　百兆光纤介质模块MM491-2LD6GK54912AC008AA23
　　2#站交换机配置
　　名称描述订货号数量
　　交换机SCALANCEX414-3E6GK54143FC002AA21
　　千兆光纤介质模块MM492-2LD6GK54922AM008AA21
　　百兆光纤介质模块MM491-2LD6GK54912AC008AA21
　　翻车机站交换机配置
　　名称描述订货号数量
　　交换机SCALANCEX414-3E6GK54143FC002AA21
　　千兆光纤介质模块MM492-2LD6GK54922AM008AA21
　　百兆光纤介质模块MM491-2LD6GK54912AC008AA22
　　公共附件
　　名称描述订货号数量
　　网线以太网线6XV18782A200
　　网线接头以太网接头6GK19011BB102AA0100
　　以太网剥线工具IE FC 剥线工具6GK19011GA001
　　无线网络配置清单
　　发送端(AP端)
　　名称描述订货号数量
　　接入点APSCALANCEW786-1PRO6GK57861AA602AA05
　　光电转换器SCALANCEX101-1LD6GK51011BC002AA35
　　馈线RSMA/N 公/公柔性电缆(5m)6XV18755CH505
　　避雷器LP798-1N6GK57982LP002AA65
　　电源PS791-2AC6GK57912AC000AA05
　　天线ANT792-8DN6GK57928DN000AA65
　　接收端(Client端)
　　名称描述订货号数量
　　客户端ClientSCALANCEW746-1PRO6GK57461AA604AA07
　　馈线RSMA/N 公/公柔性电缆(5m)6XV18755CH507
　　避雷器LP798-1N6GK57982LP002AA67
　　电源PS791-1PRO6GK57911PS000AA67
　　天线ANT792-8DN6GK57928DN000AA67
　　公共附件
　　名称描述订货号数量
　　网线以太网线6XV18782A500
　　网线接头以太网接头6GK19011BB102AA024
　　以太网剥线工具IE FC 剥线工具6GK19011GA001

六、项目总结

　　1、传统解决方案维护工作量大，需要对斗轮机上的信号拖缆进经常性维护。西门子SCALANCE W 无线解决方案为无接触式传输，基本不用进行维护。

　　2、维护成本昂贵，由于电缆在斗轮机来回作业的过程中十分容易磨损，且此电缆的成本很贵。市面上的常规拖缆价格大概为200~300 RMB/米，整个更换一次需要：7*250M*250RMB/M = 437,500RMB。

　　3、拖缆工作寿命比较短，其工作极限寿命大概为100万次弯曲。而西门子SCALANCE W 无线设备的 MTBF 值为67年，远远优于拖缆。

　　4、西门子无线解决方案可以提供高带宽，为以后项目拓展提供余量，比如视频流、语音流等。

　　5、工业无线控制设备的功率只有10W，一年的功率只有87.6KW，电费只要52元钱。按常规计算，原来卷盘电机年消耗电费约2.6万元。相比较无线解决方案在节能减排方面性能卓越。

　　通过使用工业无线控制系统，整个输煤控制系统综合自动化水平达到了一个全新的高度，整个系统也十分稳定可靠，几乎没有维护工作量，使用效果极佳，使维护工作从艰苦现场环境解放出来，提高了运行操作人员的工作效率，节约大量人力、物力、财力，给企业带来了可观的经济效益和社会效益。因此，无线控制系统在给煤系统上广泛应用已势在必行