天车无线数传系统在炼钢车间综合称重中的应用

1天车无线数传系统在炼钢车间综合称重中的应用王乐之李浩任勇强许洪洋（中冶京诚工程技术有限公司，北京，100176）CapitalEngineering&ResearchIncorporationLtd.(CERI)摘要：本文对无线传输系统、定位技术以及车载终端的嵌入式开发方法进行了描述和研究，结合该技术在钢厂应用的实例，对炼钢车间综合称重系统功能特点进行了详细阐述，并对系统实施过程中的问题进行论证。本文为解决炼钢车间称重数据跟踪问题提供了有价值的参考。关键词：综合称重系统、无线数传、嵌入式开发Abstract:Thisthesisdescribesandstudiesontheinserteddevelopingmethodofthewirelesstransmissionsystem,positioningtechnology,andcar-mountedterminal.Italsostatesindetailaboutthefunctionalfeaturesofcomprehensiveweighingsystemforsteelmakingshopcombiningwiththeapplicationpracticeofthistechnologyinthesteelplant,aswelldemonstratestheproblemsduringsystemoperation.Thispaperprovidesvaluablereferenceforsolvingtheweighingdatatrackingproblemofsteelmakingshop.Keywords:wirelessdatatransmission,inserteddeveloping,comprehensiveweighingsystem21.引言虽然在炼钢各工序均配有相应的二级过程控制系统，但是对铁水、钢水重量的跟踪却往往成为跟踪中的一个断点，通常的解决办法是在各二级中手工录入重量信息，这样会造成各系统数据一致性差，手工录入错误等问题。炼钢车间综合称重计算机系统是全面跟踪炼钢区铁水、钢水重量、位置，达到为转炉、脱硫、连铸等工序的过程控制系统提供准确、可靠的铁水和钢水重量信息，并为调度人员提供天车调度依据的系统。通过天车无线数传技术，实现铁水、钢水重量的准确传输，是提高炼钢车间精细化管理的一个重要手段。本文重点介绍无线传输系统的实现技术和手段以及车载终端的嵌入式开发方法，从而为解决炼钢车间称重信息跟踪问题提供一个新的解决办法。2.炼钢车间综合称重计算机系统功能简介炼钢车间综合称重计算机系统主要有两部分系统组成：天车无线数传系统和地面处理系统。其中无线传输系统主要功能包括：全程动态检测天车位置，实时接收天车重量数据，准确辩识天车行为。天车上吊车秤的数据接收，包括记录铁水、钢水的皮重，毛重；自动计算净重并记录各炉出钢量；去连铸机的钢水包皮重、毛重、渣重、来源、去向等；地面接收系统主要功能包括：天车位置显示,能以俯视图和3D动画模拟仿真现场设备运行，示意天车行为；钢水、铁水重量信息显示，天车调度指令下达等。把生产计划与实际纪录的重量、时间、地点作对比分析，评价执行计划的质量；根据用户要求提供约定格式的班报，日报，月报；通过厂内计算机网络实现图像和数据资源共享。使厂领导和有关管理人员能方便获得所关心的数据，能实时查看天车的生产操作状况。系统总体目标如下：采用可靠的天车精确定位跟踪技术、无线数传技术对生产过程中所有炉次进行去向跟踪，可实现各铸机、各转炉分班次的全程炉号传递、钢种传递、钢水产量和钢渣重量自动准确记录统计工作；辅助生产过程物流监控、生产组织管理和生产统计及指挥生产。3.无线传输系统技术及定位技术功能实现目前国际上通行的无线网络，一般均选用2.4GHz扩频系统的无线局域网络，2.4GHzIEEE802.11B/G的无线直序扩频Radio通过了WECA协会的认证，可以与其他符合认证的IEEE802.11B的无线AP兼容使用，并能适应无线数据通讯技术的将来发展趋势。2.4Ghz802.11b/g的无线网络能够提供高速的数据吞吐量，能保证的系统响应时间都在1秒之内（不包括用户主机以及有线网络的延时）。无线网络连接示意如图1所示：3图1无线网络连接示意(1)工业级无线网络应具备性能1)点对多点模式：一个无线网络既可由一个单一的接入点组成，也可由许多接入点组成，在建筑物中构建广域网。在这种广域网中，用户可以无缝的自由移动，从一个网络接入点移动到另一个网络接入点（漫游），并透明处理。Wi-Fi符合性保证了与其它供应商产品间的相互协同。2)点到点运行：对于这种操作模式，如果电缆安装困难的话（例如公路网），两个以太网网段可通过一个无线链路耦合。以西门子SCALANCEW788为例，可实现多达8个点对点连接运行。对于双网络接入点SCALANCEW788-2PRO，两个网络接入点可集成在一个外壳中。由此，可经济地实现各种应用。3)冗余模式：对于这种运行模式，当接入点设备检测到后端以太网口或服务器出现问题后，会主动与其连接的所有无线设备断开，强迫无线设备自动与其他的接入点设备建立连接，从而保证无线链路的稳定性及可靠性。(2)工业级无线基站（AP）硬件选型应注意问题1)防尘防水设计，具备坚固的金属外壳（IP65），防水、防尘，防潮，耐冲击，抗震动，即使在严重的机械负荷下也可以保证正常运行无故障,防护等级达到IP652)工作温度-20℃~+60℃（防冷凝）。3)无旋转部件设计（例如无风扇运行以及用于墙壁安装的坚固外壳），可以在恶劣环境或直接在室外进行安装应用。4)安全性能高。应提供有先进的用户识别（鉴别）和数据加密标准机制，并可与现有安全系统很容易地进行集成，能有效防止非法用户入侵。5)支持802.11a/b/g。不仅支持802.11b/g，同时还支持802.11a，充分保证客户的投资，即使客户的车载终端升级，无线基站还可以继续使用，不需要再重新投入。6)支持双Radio。在基站布线不方便的情况下，可以利用基站的桥接功能实现局域网的延伸。(3)车载终端硬件选型应注意问题1)车载机的IP等级应达到IP65，具备优良的防尘、防水的性能，可以在用户的车间内、外全天候操作，具有沿任意方向1.5gRMSPSD（4-500HZ）抗震动能力，还具数据库服务器9160基站WirelessWirelessWireless通讯机9160基站9160基站852585258525数据4有30g11ms不均匀抗冲击能力。工作温度-30℃~+60℃（防冷凝）。2)7X24小时的实时生产作业；3)作业数据的实时传递；4)确保高速地终端响应时间，使操作人员不会发生“等待”数据的情况；5)确保数据的正确性，不发生丢失数据或数据出错的情况。(4)定位技术下面以德国SICK公司的KH53磁性线编码器和拉线编码器为例，介绍定位系统X轴、Y轴方向实现方法。如图2所示SICK公司的KH53直线式绝对编码器由两部分组成：阅读器、和感应标尺。阅读器内置有用来检测“磁性元件”的“霍耳传感阵列”，而每段感应标尺内则内置了不同数量和距离分布的“永久磁铁”，这些在感应标尺内按照一定方式排列的永久磁铁就代表了此段感应标尺的位置编码，测量时，通过阅读器里的“霍尔传感器阵列”检测该磁场编码从而确定绝对位置。图2编码器组成图阅读器与标尺是非接触的，系统重复精度高达1mm,分辨度为0.1mm，测量行程昀大可为1700米，系统防护等级为IP65，可工作于-30℃—+70℃的环境温度。4.嵌入式开发技术嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。得益于IC设计与制造工业的快速发展，CPU功能提升和系统硬件简化，使得嵌入式系统的需求和应用越来越广泛。与此同时，系统软件和应用逻辑的复杂度越来越高，这使得操作系统和开发工具对嵌入式系统开发显得尤其重。在钢厂实际应用中，我们采用了TEKLOGIX公司8525车载终端，该终端的操作系统是WinCE的工业嵌入式操作系统，它没有硬盘，不受病毒侵袭、启动速度快。在任何时候，它都可以通过一键恢复的方式恢复到出厂前的状态，不需要维护和安装操作系统，因此具有更高的稳定性和可靠性，软件开发则采用Microsoft公司EVC开发工具。基于WindowsCE的嵌入式系统采用四层体系结构，具有层次性强、可移植性好、组件可剪裁、强调编程接口和支持上层应用等特点。系统从下而上可分为四层：硬件层，OEM硬件适配层，操作系统服务层，应用层。具体的系统架构如图3所示：5图3系统架构图5.系统应用平台及实例(1)软件构架采用C/S开发方式，利用先进的.net和EVC开发软件、Oracle数据库和windows操作系统平台，保证系统的稳定性、可靠性和易用性。(2)通信关联图综合称重系统通信关联图如图4所示：图4综合称重系统通信关联图(3)车载终端与地面站通讯机制车载系统与地面站采用TCP/IP的Socket通讯方式，与吊车秤及定位系统采用RS-232串口通讯方式。当吊车秤处于稳态后，操作工将包重、皮重和计算的净重与接收到的炉号、钢种、包号等信息进行匹配确认，通过Socket方式将报文发送到地面站，再由地面接收站进行报文解析，并存储到数据库和发送给相应二级。地面接收和车载发送界面如图5、图6、6图7所示。图5地面通讯站接收信息画面图6天车操作界面图7天车位置显示界面6.综合称重系统功能特点稳定性：稳定的网络是生产的稳定的必要前提，一旦用户使用了无线系统来替代原有的传统工作方式，对无线系统的依赖性就会超过对某些生产机械的依赖性，一旦无线网络瘫痪，整个生产必定会受到很大的影响。所以，使用的无线系统不一定是昀先进的，但必定是昀稳定的。可靠性：由于厂区在业务繁忙时，更需要整个系统的稳定、可靠性。所以无线终端应具7备车载防震、防尘、防水、抗低温、防盐碱、防潮湿环境以及抗干扰等特性。在数据可靠性上，系统必须具备进程保留、页面存储等保证数据正确、可靠的技术，以确保操作人员在出覆盖区、换电池、非正常关机等任何情况下，数据都不会出错。安全性：整个系统应具备抗干扰性、安全保密性。其他无线用户在末授权的情况下不能登录，保证系统的安全性。成熟耐用性：系统所包括的任何软硬件产品，均是成熟的并具有广泛的实用性，在国内外应用中被证实是成熟和先进的。而且系统的软硬件产品必须有长久的耐用性，使日后的长期维护经济、可用。系统扩充性：整个系统可以随着用户应用的发展，能够及其容易的进行扩展延伸，包括用户应用系统的增加；覆盖面积的增加；终端应用的增加等。即能进行系统升级，又可保护投资，不会对原有系统推翻重来。易于维护性：整个系统将具备易于维护的特性，用户的工程师可以对无线网络进行灵活方便的管理，包括日常监控以及故障保修，而故障设备的返修也必须及时，不影响到生产上的需求。投资：系统应具备较好的性能价格比，在达到用户系统要求的情况下，能够昀经济的架构用户的网络系统，因为精简的网络系统将大大降低UPS、光纤、网线、交换机等硬件设备以及人员上的投资费用。7.实施过程中注意的问题(1)基站安装、配置部署将两个AP分别安装到据地面1.5米处，以保证检修工对AP的维护工作方便易行，AP天线高度与天车的驾驶楼高度基本一样，使信号强度达到昀佳效果。在阻挡严重的炼钢厂环境，一个基站的覆盖范围是120米左右，因此在同一跨应配置两个基站，保证整跨完全覆盖。每个基站配置双天线，分级发送、接收信号，保证信号的稳定性、准确性。(2)测试阶段，严格要求系统投入正常运行之前，需要经过严格的软硬件测试阶段。因为系统涉及无线覆盖，一旦有未覆盖区域就影响系统正常通讯。因此，应对测试阶段严格要求，力争将所有隐患都在此阶段发现并解决。8.结束语本文详细论述了无线传输系统、定位技术和车载终端的嵌入式开发技术，并对炼钢车间综合称重计算机系统设计方法和关键技术指标进行研究，该研究成果可为解决炼钢车间称重信息跟