本文介紹了無線充電技術(shù)和數(shù)字無線發(fā)訊技術(shù)，并通過現(xiàn)場的兩種技術(shù)相結(jié)合的應用， 保證了電子秤系統(tǒng)在煉鋼廠惡劣環(huán)境下的良好運行，該技術(shù)具有極好的應用前景。

一、概述

隨著冶金企業(yè)冶煉技術(shù)的不斷提高和對生產(chǎn)成本控制的不斷嚴格，對電子衡器維護工作的要求 越來越高。其不光對稱量準確度的要求有所提高，對電子衡器設(shè)備的整體運行的穩(wěn)定性、故障率及 故障的處理時間同時也提出了更高的要求。在煉鋼廠的電子秤系統(tǒng)中多種原因需要鋪設(shè)長距離的信 號電纜或拖纜，生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，往往因為生產(chǎn)現(xiàn)場的各種外部原因造成信號電纜或拖纜的損毀

(例如電纜內(nèi)部短路、斷路或虛接等）、信號不穩(wěn)定（例如電磁干擾、電源電壓不穩(wěn)定、電源諧波 多等）。而對信號電纜所存在的問題進行查找及更換，尤其是信號干擾，需要耗費較長的時間，從 而影響生產(chǎn)的正常進行。這就需要對其信號傳輸系統(tǒng)（即信號電纜）進行改進。而隨著其他技術(shù)的 發(fā)展，已經(jīng)完全可以將傳統(tǒng)的信號電纜省略而實現(xiàn)信號的無線傳輸同時對無線發(fā)訊系統(tǒng)進行實時電 源供給。

二、無線充電技術(shù)

1、簡介

無線充電技術(shù)是近些年在國際上新興的一項新型的充電技術(shù)。現(xiàn)今廣泛的應用于電動牙刷、電 動剃須刀、無線電話、手機等家用電器領(lǐng)域方面，在國外，一些新研發(fā)的電動汽車系統(tǒng)也有所應用。 無線充電（Wireless charge)技術(shù)目前主要有電磁感應方式、磁共振方式等四種方式，基本原理如 圖1所示。

它是利用進場感應，也就是電感耦合，由供電設(shè)備（充電器）將能量傳送至用電裝置，該裝置 使用接收到的能量對電池充電，并同時供其本身使用。

因此充電器與用電的裝置都可以做到無導電接點外露。到目前為止，主流的無線充電標準有Qi

2、無線充電的優(yōu)點和缺點

和有線充電比較而言，無線充電技術(shù)具有如下優(yōu)點：

能源轉(zhuǎn)換一次性獲得，電能損失小，節(jié)能環(huán)保；

交直流轉(zhuǎn)換一次性，不存在中高頻電磁輻射；

設(shè)備技術(shù)含量低，經(jīng)濟投入不大，維修方便；

電功率調(diào)節(jié)范圍較寬，適合多種不同電壓和電流等級的蓄電瓶儲能補給；

利用無線磁電感應充電的設(shè)備可做到隱形，設(shè)備磨損率低，應用范圍廣；

技術(shù)含量高，操作方便，可實施相對來說的遠距離無線電能的轉(zhuǎn)換，但大功率無線充電 的傳輸距離只限制在5米以內(nèi)，不會太遠；

操作方便。

缺點：

因?qū)崿F(xiàn)遠距離大功率無線磁電轉(zhuǎn)換，所以設(shè)備的耗能較高。無線傳輸?shù)木嚯x越遠，無用 功的耗損也就會越大；

無線充電設(shè)備本身實現(xiàn)的是二次能源轉(zhuǎn)換，也就是將電網(wǎng)降壓（或直接）變?yōu)橹绷麟姾?在進行一次較高頻率的開關(guān)控制交流變換輸出。由于大功率的交直交電流轉(zhuǎn)換是進行電能的二次性 無線傳輸原因，所以電磁的空間磁損率太大；

因為采取無線傳輸，磁能的無用功耗損會隨著無線充電設(shè)備的功率增高而上升。

由上可見，無線充電技術(shù)與傳統(tǒng)的電能傳輸模式相比較，在電量需求小、對電壓、電流值要求 不高的用電設(shè)備上具有巨大的優(yōu)勢。

三、數(shù)字無線發(fā)訊

無線發(fā)訊技術(shù)是已經(jīng)廣泛的應用與生產(chǎn)生活的一項數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。其以往的所采用的是模擬信 號傳輸模式，即用一系列連續(xù)變化的電磁波來進行模擬數(shù)據(jù)的無線傳遞，是直接用原始的信息（如電壓或電流信號）直接去調(diào)制載波，接收端直接通過解調(diào)就能得到原始的信息。但其存在的幾點較 嚴重的缺點，即失真較大、抗干擾能力低及傳輸效率低等缺點。而數(shù)字無線發(fā)訊技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā) 展已經(jīng)日趨成熟。數(shù)字信號是采用數(shù)字編碼的方式來調(diào)制無線電波的，發(fā)射端按照數(shù)字編碼規(guī)則來 調(diào)制，而接收端按相同的規(guī)則來解調(diào)，得到數(shù)碼流然后再解調(diào)，進而合成為原始信息。在傳輸過程 中只要能夠完整傳送和接收，解調(diào)后的得到的原始信息基本不失真。那么由此可見數(shù)字無線通訊系 統(tǒng)具備了如下的優(yōu)點：

加強了所傳輸數(shù)據(jù)的保密性；

提高了數(shù)據(jù)在傳輸過程中的抗干擾性；

便于移動，避免布線；

信號傳輸速率快。

但其缺點是在無有線電源供電的情況下，由于對其供電的蓄電電池體積過大從而造成設(shè)備整體 體積過大，進而限制了安裝的空間并影響了其在惡劣環(huán)境下的防護措施加裝。但隨著聚合物電池的 小型化，數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)體積過大的問題將得以解決。同時隨著數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)體積的小型化， 我們還可以將原稱重顯示表制作為一個模塊集成到數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)中去。這樣將數(shù)字無線發(fā)訊系 統(tǒng)與稱重顯示表集成后，從設(shè)備維護的角度來說更加方便。

四、無線充電系統(tǒng)與數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)的結(jié)合與應用

1、應用背景

由以上無線充電技術(shù)和數(shù)字無線發(fā)訊技術(shù)優(yōu)缺點的表述我們可以看出，在煉鋼廠生產(chǎn)的惡劣工 作環(huán)境中，如果應用無線充電技術(shù)與數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)相結(jié)合技術(shù)來取代傳統(tǒng)的通過信號電纜來傳 輸稱重傳感器信號，將會極大的降低維護成本同時也將降低故障的處理時間和故障的發(fā)生率。下面 我們以煉鋼廠鐵水倒罐站電子秤系統(tǒng)為例，對新技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)進行一下探討和比較。

煉鋼廠鐵水倒罐站電子秤系統(tǒng)是對入爐前鐵水進行計量的設(shè)備，其主要由稱重傳感器、信號電 纜、稱重顯示表及稱重顯示大屏等組成。鐵水倒罐站電子秤系統(tǒng)除稱重傳感器自身信號線之外，從 鐵水臺車至倒罐站主控室共鋪設(shè)6x1.5的信號電纜150余米。其中因倒罐站鐵水臺車需要在倒罐站 坑內(nèi)往復行走，故在鐵水臺車一側(cè)需要鋪設(shè)由鋼絲繩拖拽往復行走的信號拖纜50米，而由倒罐站 坑內(nèi)至倒罐站主控室稱重顯示表處的固定位置信號電纜更是長達100米。在實際生產(chǎn)過程中因人為 操作原因?qū)е妈F水外溢或因牽引鋼絲繩損壞以及其他外部因素造成的信號電纜損毀的故障占了該 設(shè)備故障數(shù)量很大的比例。據(jù)統(tǒng)計從2012年1月1日至2013年12月11日將近兩年的時間里，迀 鋼煉鋼事業(yè)部一煉鋼廠和二煉鋼廠總計5臺倒罐站鐵水臺車電子秤共發(fā)生突發(fā)性故障18起，其中 因信號拖纜損毀造成的故障為8起，占到了故障總數(shù)44.4%。而由于一些線路損毀故障是絕緣層內(nèi) 線路短路、斷路或虛接的原因，這樣維護人員很難在短時間內(nèi)找出故障點，最終只能對所有拖纜部 分進行全面更換，進而造成故障處理時間很長，最長的一次停機更換信號拖纜費時達到了四個小時， 嚴重的影響了煉鋼廠的生產(chǎn)。

2、信號無線數(shù)據(jù)傳輸應用

如何有效的解決上述問題就成了我們所需要面對的問題。那么如果我們采用數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng) 來取代現(xiàn)有有線傳輸方式的話，我們就可以有效的避免因為外部因素造成的線纜損毀的現(xiàn)象，進而 保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)率。但是這樣就又出現(xiàn)了一個不可避免的問題，那就是數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)的工 作電源的問題。以迀鋼公司煉鋼廠鋼水車電子秤系統(tǒng)為例，該鋼水車電子秤系統(tǒng)的稱重信號采用無 線傳輸方式，但其系統(tǒng)供電電源依然采取的是傳統(tǒng)的電纜供電模式。這就造成了電源拖纜的存在。 因電源拖纜所處環(huán)境極其惡劣經(jīng)常因外部因素損壞，進而造成電子秤系統(tǒng)無法正常工作；同時由于 工業(yè)電源的不穩(wěn)定性（例如電壓波動、浪涌、高次諧波等）的干擾，也造成了稱重信號波動等現(xiàn)象 的發(fā)生影響了電子秤系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。

綜上所述我們不難看出，如果數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)的工作電源依然采用傳統(tǒng)的有線供電模式，那 么就意味著依然有拖纜的存在也就沒有達到取消拖纜的目的。對此，我們就需談到無線充電技術(shù)了。

3、無線數(shù)據(jù)傳輸與無線充電技術(shù)結(jié)合

為了保證數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)能夠正常的工作，一般情況下通常采取的供電方式有兩種。一種是 有線式不間斷供電，另一種為采用蓄電電池給其提供提供工作電源。這兩種供電方式分別各有其的 優(yōu)缺點。有線供電方式的優(yōu)點：可以長時間持續(xù)供給所需工作電源，確保設(shè)備工作的可持續(xù)性；缺 點是需要鋪設(shè)電源線拖纜、電壓隨供給端電壓的波動而波動、電源拖纜易受外部因素損毀。而蓄電 電池供電的優(yōu)點是設(shè)備可隨意移動、不需鋪設(shè)電纜，缺點是電能儲蓄有限，不能滿足長時間持續(xù)使 用的需求。針對采用蓄電電池供電的設(shè)備，我們要是采用無線充電技術(shù)給予其電源供給的話，在現(xiàn) 實情況下就可以完全滿足蓄電電池長時間工作的條件。

以迀鋼煉鋼廠鐵水倒罐站電子秤系統(tǒng)為例。將原有車體上安裝的接線盒更換為數(shù)字無線發(fā)訊系 統(tǒng)的發(fā)射端（該部分包含有信號轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號發(fā)送模塊、工作電源模塊、聚合物電池、充電模塊， 也可加裝A/D轉(zhuǎn)換模塊。發(fā)射端的規(guī)格尺寸大致240mmX 180mmX 140mm)，各只稱重傳感器信 號線直接接入該發(fā)射端。由其給稱重傳感器提供工作電源并將稱重傳感器的毫伏信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號發(fā)射至安裝在倒罐站主控室處的接收端，再轉(zhuǎn)換為毫伏信號輸送給稱重顯示表；也可以將稱重顯 示表的A/D轉(zhuǎn)換功能直接作為一個模塊加裝在發(fā)射端。數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)發(fā)射端的工作電源供給由 聚合物電池供給，無線充電系統(tǒng)接收端與充電模塊相連接以給聚合物電池充電。無線充電系統(tǒng)的接 收端可安裝在鐵水臺車上，當鐵水臺車?？恐翢o線充電系統(tǒng)發(fā)射端位置時，由無線充電系統(tǒng)接收端 接收其發(fā)射端的電磁波并轉(zhuǎn)化為電能給聚合物電池充電。（注：聚合物電池大小為一個煙盒大小， 在無外界電力供給的情況下可獨立支持發(fā)射端工作時間為2-3月）這樣一來就可以將原有的信號拖 纜部分省去，縮短了故障的判斷處理時間。同時由于不再需要對信號拖纜部分進行更換，也相應的 降低了維護成本（以信號電纜每米20元計算，每更換50m信號拖纜，光電纜的費用就能夠節(jié)省1000 元）。

通過上面這個例子我們可以看出，在將其原有稱重傳感器供電和信號傳輸模式改變后，可以大 大的降低因信號電纜損毀造成故障的幾率和故障判斷處理時間，同時也能夠相應的降低維護成本 (包含勞動力成本和耗材成本）。

五、無線充電系統(tǒng)與數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)的廣泛應用的可行性及其優(yōu)勢

從上述無線充電技術(shù)與數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢和性能以及實例來看，二者相結(jié)合后具有 廣泛的應用性。首先，就數(shù)字無線發(fā)訊技術(shù)而言，由于其技術(shù)性能的特點，完全可以在復雜的電磁 環(huán)境和惡劣的使用環(huán)境中來替代原有的傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)信號傳輸模式。優(yōu)勢是：1、避免了有線信 號傳輸模式下模擬信號因長距離信號輸送的衰減問題；2、數(shù)字信號采用數(shù)字編碼的方式，有效的 避免了無線信號在傳輸過程中，因受電磁干擾而信號失真的問題；3、采用數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)可以 節(jié)省大量的鋪設(shè)信號電纜的人力資源及物力資源；4、采用數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)可以降低因使用有線 信號輸送過程中因信號電纜而發(fā)生的故障率，壓縮故障處理時間同時也降低了維護成本；5、采用 聚合物電池供電的數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)具有可移動的特性。

而無線充電技術(shù)作為對無線數(shù)字發(fā)訊系統(tǒng)供給工作電源的一種供電模式，可以有效地解決如下 的幾個問題。1、可以解決數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)小型化的問題。即因內(nèi)部供電電池體積過大而造成的 其整體系統(tǒng)體積過大，不利于安裝的問題；2、解決了數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)可持續(xù)性工作的問題；3、 加強了數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)的可移動性；4、有效地降低了因更換數(shù)字無線發(fā)訊系統(tǒng)供電電池的勞動 強度，提高了工作效率。

由此可見，這兩項技術(shù)的相結(jié)合可以廣泛的應用于電磁環(huán)境復雜、移動性工藝電子衡器信號傳 輸領(lǐng)域。它可以全面的替代傳統(tǒng)的有線信號傳輸模式，在惡劣的工作環(huán)境及復雜的電磁環(huán)境下準確 高效的進行無線數(shù)據(jù)傳輸，進而降低設(shè)備的使用成本、設(shè)備的故障發(fā)生率、壓縮故障處理時間及降 低勞動強度和提高工作效率。使得電子衡器系統(tǒng)更加穩(wěn)定、精準、高效的運行。

該技術(shù)同樣可以推廣應用到類似移動設(shè)備的供電和信號傳輸。煉鋼廠內(nèi)此類設(shè)備就很多，如天 車電子秤系統(tǒng)、鋼水測溫槍、鋼水車電子秤、鐵水車電子秤等，應用前景十分廣泛。

六、結(jié)束語

綜上所述，隨著無線充電技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其應用領(lǐng)域也越來越廣泛。就電子衡器專業(yè) 而言，只有不斷的應用各種新興的技術(shù)、不斷地提高自身的高新技術(shù)含量才能夠不斷地適應冶金行 業(yè)對電子衡器更高的要求。同時通過不斷地對高新技術(shù)的吸收融合從而進一步的提高電子衡器的稱 量精度、降低故障的發(fā)生率、壓縮故障的處理時間進而降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。