以太网无线通讯
在伊敏露天矿半连续工艺中的应用
单位：伊敏煤电公司露天矿维修部
姓名：冯川___ _____
日期： 2015年10月15日____
以太网无线通讯在伊敏露天矿半连续工艺中的应用
维修部：冯川
摘要：针对近年来光纤通讯在伊敏露天矿半连续工艺中出现的问题，并结合伊敏露天矿开采需求和发展变化，将半连续工艺设备间的通讯方式改造为以太网无线通讯为主，硬线连锁做为紧急备用的通讯方式，取得了良好的效果。
关键词：半连续工艺无线通讯光纤通讯热备冗余
引言：伊敏露天矿半连续工艺由自移式破碎机、A型转载机、工作面胶带机、B型转载机等部分组成。作为伊敏煤电公司煤电二期联营工程中煤炭部分，承担伊敏露天矿1/2的煤炭生产任务。原设计设备间采用通讯协议为
MB+的光纤通讯为主，硬线连锁做为紧急备用的通讯方式。针对近年来光纤通讯在伊敏露天矿半连续工艺中出现的问题，并结合伊敏露天矿开采需求和发展变化，将半连续工艺设备间的通讯方式改造为以太网无线通讯为主，硬线连锁做为紧急备用的通讯方式，取得了良好的效果。
1、伊敏露天矿半连续工艺通讯改造的必要性
1.1伊敏露天矿半连续工艺原设计的通讯方式
在伊敏露天矿半连续工艺中采用通讯协议为MB+的光纤通讯为主，硬线连锁做为紧急备用的通讯方式。以光纤做为载体进行设备间的MB+数据传输，传输的数据包括各设备的所有工作状态、系统命令、故障信息、指令信息、模拟
量数据等实时信息；以电缆硬线做为载体进行设备间几个关键电信号的传输，传输的数据包括各设备终端输送带的启停命令、工作状态和故障状态。
如图1所示，原设计半连续系统中通讯协议为MB+的光纤通讯，将4个主设备的PLC站及IPC和触摸屏进行连接。其中工作面胶带机光纤终端盒与电缆漏斗车终端盒之间由一条50米短光纤、一条铺设在工作面上的900米4芯多模光纤、一条预埋于850米综合电缆中的多模光纤、光纤滑环、一条25米的短和光纤插头连接。其他设备间的光纤终端盒由活动的50米短光纤和光纤插头连接。光纤中继器为光电转换设备，负责各主设备PLC间的MB+数据交互。
图1
在光纤通讯处于故障状态下，系统需切换到硬线连锁的控制方式恢复生产，硬线连锁只负责系统的顺序启动和顺序停机。设备的工作面状态信息只能通过人工对讲进行信息交互。
1.2原设计通讯存在的问题
半连续系统属于移动式生产系统，设备运动较多，经常发生光纤及电缆的
挂碰。在移设和升降段过程中，部分光纤插头、分断盒以及接线箱需要分断。由于光纤的易损性，在露天矿的恶劣作业环境中更易出现损坏，而且系统因经常移设、升降段造成光纤频繁分断和光纤滑环老化严重，导致近年来因光纤通讯故障造成的停机故障时有发生，2015年4月由于机头站与电缆漏斗车之间光纤滑环老化超限和光纤光损严重致使光纤通讯彻底瘫痪，如需恢复光纤通讯正常则至少需要投入费用24万元购买光纤滑环，并且由于伊敏露天矿采区转向导致的半连续工作面延长，原有光纤和电缆车综合电缆长度不能满足生产需求，如更换则需要再投入200万元用于购买更长的综合电缆。而自移式破碎机、A型转载机与电缆漏斗车之间的短光纤每年至少发生5起（2014年出现11起）因光纤故障造成的设备停机，为系统的安全稳定生产带来隐患。
硬线连锁控制方式在20世纪曾作为链式工艺的主要通讯方式，该通讯方式不能将设备的状态信息进行实时传输，并且稳定性较差，传输信号的单一性和不稳定性导致半连续工艺的安全稳定性不高，系统易发生系统突停、突启和下游输送带停机而上游输送带继续运行造成的压料事故。这种通讯方式在现今只存在于故障状态下的紧急备用，不再作为链式系统的主通讯模式。
2、无线通讯在伊敏露天矿半连续系统中的实施
2.1实验安装阶段
早在2011年伊敏露天矿就已经针对发生的光纤故障问题进行过探讨，并
试验性的进行无线通讯的探索。实验性的在工作面胶带机机头站与电缆漏斗车之间安装两台简易无线电台，但因为该电台性能差和当时工作面胶带机上安装了一座跨胶带桥涵，经常通过重型卡车，在试验阶段即发现在重型卡车通过桥涵时存在一定的信号干扰。由于发现了干扰问题，并且当时光纤通讯相对较稳定，无线通讯的议题被暂时搁置。
2014年由于光纤通讯问题突出体现和采区转向带来的诸多问题，无线通讯被重新提上议程。通过对无线通讯的深入探究和与无线通讯生产厂商技术人员的讨论，找到了解决信号干扰问题的办法（另跨半连续工艺桥涵已拆除）。并找到了更稳定的，在实际应用中得到验证的无线通讯设备实例。
同年在工作面胶带机与电缆漏斗车之间安装以太网无线通讯基站，由于是扔实验性安装，系统间主通讯依然采用通讯协议为MB+的光纤通讯，工作面胶带机与电缆漏斗车之间的以太网无线通讯开始只作为监视。
实验阶段的难点即在于两种通讯协议的不兼容，而增加以太网转MB+设备则失去监视意义，只能通过各主设备PLC站程序的重新编辑和设定来实现。而初始阶段无线通讯的不稳定即为PLC程序编辑和设定的不严密导致。在经过反复试验修改后，无线通讯趋于稳定。
2015年由于光纤通讯的突然瘫痪，以太网无线通讯由试验阶段转换为实用阶段，并逐步将自移式破碎机、A型转载机以及电缆漏斗车之间的通讯方式改造为以太网无线通讯。
2.2无线通讯在伊敏露天矿半连续系统中的应用
2.2.1硬件部分
伊敏露天矿半连续工艺中工作面胶带机机头站与电缆漏斗车的工作状态极限距离近两公里，而电缆漏斗车、A型转载机以及自移式破碎机之间的工作状态极限距离不超过200米，各设备间不存在超大设备和遮挡物。通过对市场上无线通讯设备的研究，结合伊敏露天矿半连续工艺生产实际选用基站式无线电台。
无线通讯电台如果采用定向天线的理论传输距离为15KM，而采用全向天线的理论传输距离为5KM，但在实际应用中数据的稳定传输距离较理论传输距离减半。半连续工艺中电缆漏斗车与工作面胶带机直接为相对固定的直线，而自移式破碎机、A型转载机与电缆漏斗车之间存在不同的工作角度，极限角度达到300°。
根据以上数据，为保证通讯数据的稳定，选择在电缆漏斗车与工作面胶带机机头站间架设2.4G定向天线，在电缆漏斗车与自移式破碎机、A型转载机间架设5G全向天线，以电缆漏斗车为主站进行以太网数据的交互（如图2）。各主设备PLC通过以太网交换机与无线电台POE模块连接，实现设备间的无线通讯。
