Draadloze Ethernetverbinding in de cokesfabriek
|
Bij ArcelorMittal Gent verlopen de ovenontladingen van de cokesfabriek vandaag volledig automatisch dankzij een driedelige set ovenmachines. Voor de sturing gebruiken wij een draadloze radioverbinding op een draaggolf van 2,4 GHz.
Wij zorgden voor een bidirectionele gegevensoverdracht tussen de centrale PLC in het onderstation (master) en de PLC’s van de mobiele ovenmachines (slaves). Wij kozen ook voor het Ethernetprotocol.
|
In tegenstelling tot het gebruik van het Ethernetprotocol voor gegevensoverdracht, waarbij korte onderbrekingen onbelangrijk zijn, wordt het protocol hier aangewend voor sturingen van volautomatisch werkende machines. De betrouwbaarheid moet dan ook uitermate hoog zijn en onderbrekingen in de communicatie (oa. collisions, broadcaststormen) zijn niet geoorloofd. Daarom hebben wij volgende voorzieningen getroffen:
- Het netwerk is grotendeels uitgevoerd met glasvezels.
- Per ovenmachine is een apart virtueel netwerk (V-LAN) opgebouwd, zodat het netwerkverkeer per machine gescheiden verloopt (beperken van de netwerkbelasting).
- Er zijn Routers bijgeplaatst om te beveiligen tegen broadcaststormen.
- Wanneer een Ethernetkaart defect raakt, neemt een andere kaart haar taken over, waardoor het systeem blijft werken.
- De netwerkbelasting wordt beperkt tot 10 % van de maximumcapaciteit van de netwerkcomponenten.
- Er wordt een intense controle uitgevoerd op de goede werking van de transmissie door het versturen van een controlebit van de master-PLC naar de SLAVE-PLC’s en omgekeerd.
De radioverbinding werkt met een Access-Point op het vaste gedeelte en Wireless Bridges op de mobiele ovenmachines. Wij werken met “Frequency-Hopping”. Hierbij wordt de frequentie van de draaggolf tussen 2,4 GHz en 2,4835 GHz continu en volgens een vast ingesteld patroon gewijzigd. Dit patroon wordt door de Access-Point meegestuurd naar de Wireless Bridge op de machine om de data opnieuw te demoduleren. De bedoeling van deze continue frequentieverschuiving is het omzeilen van diverse storingen die optreden op bepaalde frequenties.
Voor de radioverbinding zijn er op ieder station 2 gerichte antennes geplaatst. Eén antenne wordt gebruikt om reflecties tegen te gaan.
Automatische positionering
De automatische ovenontladingen vereisen een exacte ovennummerdetectie en een nauwkeurige fijnpositionering met een tolerantie van max. 5 mm. Dat is een hele opgave voor de zware ovenmachines (ongeveer 200 ton). Zowel voor de detectie als de positionering gebruiken wij de Veroline P-I. Dit apparaat is uiterst geschikt voor werking in de zware industriële omgeving van een cokesfabriek.
Herkenning van het ovennummer
Om het ovennummer te herkennen, plaatsten wij op iedere oven een transponder in een polyesterkastje. Een transponder bestaat uit een elektronische schakeling in de vorm van een schijfje dat volledig ingegoten is in het deksel van het kastje. Er is geen elektrische voedingsbron aanwezig.
Op de machine zelf is de ovenherkenningseenheid geplaatst. Die bestaat uit een vierkante antenne en een elektronische decodeerschakeling die samen in een polyesterkast ingebouwd zijn.
Veroline P-I
|
Het principe is te vergelijken met de transformatorwerking, waarbij de decodeereenheid de primaire wikkeling voorstelt en de tag de secundaire wikkeling. De magnetische koppeling gebeurt door de lucht tussen antenne en tag.
In de tag is een elektronische schakeling voorzien die het ovennummer dat met een programmeertoestel werd ingevoerd, in haar geheugen houdt. Als de antenne van de decodeereenheid in de nabijheid van een tag komt (op ongeveer 20 cm afstand), zal er door de transformatorwerking in de tag een minieme stroom vloeien, net voldoende om de schakeling het ovennummer te laten uitlezen. Dit nummer wordt dan via RS485 naar de lokale PLC van de machine gestuurd en daarna via de radioverbinding naar de centrale PLC in het onderstation (master).
Fijnpositionering
Om de exacte positie te bepalen, gebruiken wij een systeem dat werkt volgens het principe van magnetische veldsterktemeting met Hallgeneratoren. In de aluminium bevestigingsbuis van het kastje met de tag is een ronde permanente magneet ingebouwd.
In de decodeereenheid voor het ovennummer zijn aan de beide uiteinden L + R Hall-sensoren bevestigd
De uitgangssignalen van deze Hall-generatoren worden in een elektronische schakeling met elkaar vergeleken. De comparator is zodanig afgeregeld dat het analoge uitgangssignaal 12 mA is in rust (dus geen magnetisch veld in de nabijheid). Wanneer de machine in de nabijheid van een magneet van een bepaalde tag komt, ontstaat een verschilsignaal tussen beide sensoren (het stroomsignaal variëert nu tussen 4 en 20 mA). Op het moment dat de magneet perfect in het midden tussen de beide sensoren staat, is het verschilsignaal opnieuw 12 mA. De machine staat dan juist gepositioneerd en stopt.
Uitgangssignaal
|
