回轉窯測溫中多站點通信技術的研發與應用

作者：紅星機器 發表于： 2016-04-11 14:53:30

楊帥軍老師 紅星技術工程師

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回轉窯窯內溫度檢測準確與否，對球團礦質量、產量、能源消耗及設備安全運轉起著關鍵作用。本文單站點對多站點無線通信系統及低功耗技術的應用是以回轉窯無線測溫系統為例進行的描述，該技術同樣可以應用于其它無線通信領域。無線通信各站點距離可根據需要選擇不同的無線射頻模塊，再配置合適的通信天線即可，低功耗技術可根據無線發射裝置現場供電是否方便等進行選擇。

一、回轉窯測溫中多站點通信及低功耗技術的研發

本文所述基于熱電偶測溫方法的多站點無線測溫系統，在回轉窯窯頭、窯中、窯尾分別設置一定數量的測溫點，并各設一個無線發射裝置從站點，回轉窯所在平臺附近設置無線接收裝置主站點，構成單站點對多站點的無線測溫系統。各站點間直線距離均在50米以內。以下就多站點無線通信測溫系統以及系統的低功耗技術進行介紹。

二、回轉窯測溫多站點無線通信系統

1、系統組成

回轉窯單站點對多站點無線測溫系統主要由無線發射裝置以及無線固定接收裝置組成，整個系統中無線發射裝置可以有一個或多個，固定接收裝置只有一個。無線發射裝置采集多路熱電偶的溫度信號，通過無線射頻技術將數據發送給固定接收裝置，固定接收裝置再通過現場總線把數據傳輸給監控系統。

無線發射裝置主要包括數據采集單元、數據處理單元、數據傳輸單元、供電單元等，整套裝置裝于回轉窯上，隨窯轉動。其中數據采集單元采集若干組熱電偶信號及熱電阻信號；數據處理單元采用低功耗單片機進行數據處理；數據傳輸單元采用成熟可靠的無線傳輸模塊及通信天線；供電單元采用耐高溫高能量的不可充電鋰亞電池。

固定接收裝置主要包括無線數據接收單元、數據處理單元、通信總線數據傳輸單元及供電單元等，整套裝置固定安裝于回轉窯附近某處，盡可能滿足與回轉窯上各個站點無遮擋無干擾的通信條件，采用220V交流電源供電。其中無線數據接收單元采用與無線發射裝置配套的無線射頻模塊；數據處理單元可以選擇一款運算速度較快及資源豐富的MCU，除滿足當前的數據處理外，還需留有一定的擴展能力；通信總線采用RS-485總線或者Profibus-DP現場總線。

2、系統的工作過程

無線發射裝置接通電源后系統直接啟動開始工作，每次訪問均由固定接收裝置向無線發射裝置發出訪問請求，循環進行。當定時器T1時間到，固定接收裝置按照無線通信協議格式，發送請求命令給一個無線發射裝置，若在規定的時間T2內未收到應答數據，則重發一次請求命令，然后繼續等待定時器T1時間到，固定接收裝置發送請求命令給第二個無線發射裝置，重復前面的流程，直到請求命令發送給一個無線發射裝置，如此往復。

假設有m個無線發射裝置，固定接收裝置對每一個無線發射裝置的訪問周期設為n秒，則固定接收裝置對m個無線發射裝置完成一次完整的輪詢請求，需要m×n秒的時間。

三、應用前景分析

回轉窯測溫中多站點通信實現了回轉窯上的多個站點與回轉窯下的主站進行無線通信，且窯上每個站點可分別接入數十路溫度檢測信號。較傳統的采用滑環法進行信號傳輸有多項優勢：首先，該技術相比滑環法而言無直接接觸部分，更加穩定可靠，除更換電池外，無其它維護工作量；其次，相比傳統的滑環法每個測溫點需設兩根與回轉窯同心的滑環，該方法可接入更多的測溫信號，可減少施工成本及工程量，增加測溫點時只需直接接入窯上站點的備用通道即可。同時，與之配套的無線發射裝置低功耗技術的研發與應用，有效地降低了其從機功耗，延長了電池的使用時間，從而保證了測溫系統長期正常的運行。

利用無線射頻模塊的單站點對多站點通信技術，實現了回轉窯的多站點測溫，滿足了熱工及工藝生產的要求，并且對無線發射裝置的低功耗技術進行了相關研究。采用低功耗技術，可以極大地降低系統功耗，從而延長電池的使用時間，減少電池更換次數，保證回轉窯測溫系統正常可靠的運行。