无线数传电台在水泥厂的应用

非洲地处热带，常年高温，水分蒸发旺盛，储水能力低。当地的水泥厂多位于矿产资源和交通便利的地方，但大多数水泥厂区域都缺水，一般采用从厂区外很远的地方钻深井的方式取地下水。埃塞水泥厂水源地离厂区有数十公里，配有两个水泵站，由于水泵站距离厂区较远，架空线路或地下直埋电缆的施工难度较大，成本也较高，若在运行中出现故障，也很难解决。埃塞水泥厂采用了无线数传电台和PLC组成的控制系统，利用无线传输的方式控制水泵站，这种方式不仅费用低、维护方便，运行也非常稳定，见图1。图1厂区外二号水泵站

2、方案设计厂区外面有两个水泵站，一号水泵站距离厂区8km，二号水泵距离厂区16km。由于距离较远，所以除了提供10kV架空线到水泵站变压器外，不设计控制电缆。在水泵站设计箱式配电房，配电房内低压配电柜电源来自于双电线杆上的户外变压器。低压配电柜设计电机启动控制抽屉和PLC控制系统。水泵电机有两种启动方式，一是通过现场机旁按钮启动，二是通过中央控制室远程启动。（1）水泵站PLC控制系统，由PLC、总线转换模块、无线数传电台组成。电机的启停控制信号接至PLC输入模块，电机电流、水池水位信号等接入AI模块。PLC将信号通过总线转换模块传到无线数传电台，数传电台把水泵站数据信号发射至中央控制室。（2）中央控制系统，由操作电脑、PLC、网关、无线数传电台组成。无线数传电台接收到远距离水泵站发射的信号，通过网关将信号传至PLC。电脑在中央控制室远程启停厂区外的水泵，见图2。图2数传电台控制示意图

3、系统设备配置3.1水泵站的硬件配置（1）水位传感器，在水泵站源水池上安装了测量水位的超声波水位计，将水池水位信号实时传至中央控制室。水泵站有两台132kW离心泵和一台110kW多级式潜水泵，在深水井下250m的多级潜水泵将地下水提取至源水池，两台离心泵（一用一备）将源水池内的井水输送至厂区内水池。水位传感器信号的功能有两个，一是控制多级式潜水泵的启停，二是控制离心泵向厂区内水池供水。（2）SIMATICS7-300控制系统，采用带有MPI和DP两种通讯接口的CPU313C-2DP处理器，在控制系统硬件方面配置了数字量模块和模拟量模块。数字量模块DI16/DO16用于接收潜水泵和离心泵的状态及控制启停。模拟量模块AI8*12bit则用于接收源水池水位和电流等模拟量信号。（3）无线数传电台，美国MDS和芬兰SATEL是目前国际比较知名的数据传输电台制造商。供水控制系统采用了美国通用电器公司（GE）MDSSD2，这是GE公司推出的新一代无线电设备，支持所有标准的异步通信协议，信号抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好，支持以太网、RS232、485等多种接口。通过计算机连接电台可以方便灵活地设置频率、功率、波特率、数据传输协议、发射限时等各项参数。使用无线数传电台时，其地线必须可靠接地，否则容易烧坏通信接口，且电台天线连接部分应用防水专用胶带密封，做好防水。（4）工业总线转换模块RBCM，由于S7-300控制器使用的是Profibus-DP通讯，无线数传电台MDSSD2使用的是Modbus通讯，所以需用总线转换模块PBMB-04将数传电台Modbus转换PLC的Profibus-DP，模块采用双电源冗余设计，附带USB接口，利用串口调试软件可以监测模块与Profibus-DP通信状态，以及Modbus通信代码发射和接收的状态。3.2中央控制室中央控制室由操作电脑、PLCS7-400、网关、无线数传电台组成。厂区外远距离水泵站的S7-300控制系统，通过数传电台的无线数据传输功能，将数据传输到中央控制系统。中央控制系统在PLCS7-400编写程序，操作电脑通过WinCC画面将启停信号送至PLC，最后由无线数传电台将信号发射到现场水泵站。可通过中控操作电脑启停厂区外的水泵，并可通过数传模块发射回来的数据监控运行情况。

4、硬件地址配置及程序控制4.1水泵站本文以二号水泵站为例，介绍控制系统的硬件配置，在厂区外面的二号水泵站控制系统主要有总线转换模块RBCM、PLC300、数传电台三部分。4.1.1总线转换模块的硬件组态（1）首先在PLC中建立一个工程项目，在硬件组态界面安装总线转换模块的GSD文件，在硬件组态界面右边设备目录栏中出现PBMB-M-V1.0和PBMB-S-V1.0两个设备，PBMB-M-V1.0设备为Modbus接口作为主站时的工作模式，PBMB-S-V1.0设备为Modbus接口作为从站时的工作模式，见图3。图3添加PBMB硬件（2）配置总线转换模块地址及接口属性。首先设置总线转换模块DP地址为8，传输率1.5Mbps。然后设置Modbus，在双击PBMB设备后出现属性配置框，设置波特率为19 200bps；校验为：8数据位，无校验，1停止位；Modbus通信为Slave，地址为3。若配置一号水泵站，则Modbus地址设为2，见图4。图4总线转换模块地址及接口设定4.1.2PLC硬件组态和程序编写（1）首先建立S7-300工程，插入SIMATIC300站点，然后在左边硬件配置里添加CPU313C-2DP、DI16/DO16、AI8*12bit模块，建立Profibus-DP接口，配置总线转换模块PBMB，见图5。图5水泵站S7-300PLC硬件组态（2）PLC程序编写，见图6。图6水泵站S7-300PLC程序编写4.1.3数传电台数传电台与总线转换模块采用Modbus-RTU通讯，设置接口COM2，波特率19 200bps；串口数据帧格式：8数据位，无校验，1个停止位；电台发射和接收频率均设为220MHz。一点对多点的无线数传电台参数设置也相同，见图7。图7无线数传电台配置4.2中央控制系统中央控制系统包括数传电台MDSSD2、现场总线网关SiboTechPM-160（V52）、PLC400和操作电脑组成。4.2.1现场总线网关PM-160PM-160是一款实现串口与Profibus-DP数据通讯的网关，数传电台与网关PM-160采用Modbus通讯，网关PM-160与PLC400采用Profibus-DP通讯。可以使用网关配置软件PMG-123对PM-160进行配置，设置节点的Modbus通信地址和参数，将1号水泵站对应的节点地址设为1，内存映射起始地址为00H，2号水泵站对应的节点地址设为2，起始地址为10H。见图8。4.2.2PLC400现场水泵站的数据信号发射到中央控制室的无线数传模块，无线数传模块通过Modbus通讯连接到现场总线网关PM-160，网关再通过DP通讯连接PLC400CPU417，中央控制室电脑上位机使用西门子PCS7V8.0软件组态和CFC编程。见图9、图10。图8网关PM160配置图9上位机PLC400硬件