自動化控制系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建設(shè)計

李建明，郭紅云，牛保臣

河南省輝縣市電業(yè)局，河南輝縣 453600

自動化控制系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建設(shè)計

李建明，郭紅云，牛保臣

河南省輝縣市電業(yè)局，河南輝縣 453600

本文的設(shè)計目的是研究建立可靠的自動化系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)工業(yè)化流程生產(chǎn)，同時提供擴(kuò)展接口。本設(shè)計充分利用電臺通訊特性，為自動化系統(tǒng)在焦?fàn)t自動控制建立無線平臺。工業(yè)級聯(lián)交換機(jī)和245U-E電臺是構(gòu)建的核心。通過對生產(chǎn)線設(shè)計安裝實例的驗證，本套系統(tǒng)在無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，抗干擾等方面均達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求。

.自動化；無線；焦?fàn)tELPRO；245U-E

1 系統(tǒng)選型和構(gòu)架

基于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)高性能的要求，依舊使用電纜母線，并拖著電纜實現(xiàn)控制系統(tǒng)與小車的通信已經(jīng)越來越不可靠了。隨著無線電臺技術(shù)的發(fā)展，越來越多的行業(yè)開始使用無線電臺，因為用無線電臺方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視與控制，相對于架設(shè)專用的電纜或光纜，具有造價低廉、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點。2006年安德里茲公司指出：“這種應(yīng)用環(huán)境我一直采用……電臺，主要原因是采用高速的以太網(wǎng)無線系統(tǒng)使得有效地防止了撞車的發(fā)生，而且使用無線通訊有效的節(jié)約了大量的成本，因為我們不再需要母線和卷纜。[1]”設(shè)計的目的是為了解決工業(yè)化生產(chǎn)中，對自動化無線控制傳輸平臺的需求，以下設(shè)計探討以某鋼廠焦?fàn)t生產(chǎn)線為應(yīng)用平臺。以四車為設(shè)計目標(biāo)，根據(jù)焦?fàn)t規(guī)模和自動化系統(tǒng)對無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬、數(shù)據(jù)流量的要求，擬為系統(tǒng)配置10臺ELPRO公司的245U-E工業(yè)級以太網(wǎng)無線接入電臺，其中在主站側(cè)配置2臺，四大車側(cè)配置8臺。

系統(tǒng)的配置示意圖如下：

四大車側(cè)每臺大車配置1臺設(shè)為Repeater的245U-E，主站側(cè)的2臺245U-E設(shè)為Master，2臺245U-E Master往上通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與冗余PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，往下與四大車控制系統(tǒng)側(cè)的245U-E Repeater進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)通信。

考慮到大車分布在焦?fàn)t的兩側(cè)和頂部，系統(tǒng)為Master配置了三副天線，通過功率分配器，將兩付天線分置于焦?fàn)t的兩側(cè)，另一付安置于焦?fàn)t的頂部，使Master的射頻分布可覆蓋焦?fàn)t的兩側(cè)和頂部，確保整個工作區(qū)域不產(chǎn)生通信盲區(qū)。

主站部分的配置示意圖如下：

2 以太網(wǎng)無線接入電臺的設(shè)置

245U-E Master可以做到在無線以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)傳輸（符合802.11b）的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)電臺通訊的冗余。

在本方案中，將2臺245U-E Master設(shè)置為相同的SSID和不同的CHANNEL，并使用以太網(wǎng)電纜連接這兩個245U-E Master，使兩臺Master提供了在該SSID網(wǎng)內(nèi)相互冗余的性能。

245U-E Repeater在參數(shù)配置時可以選擇連接的上級，當(dāng)運行中該Repeater與連接的上級之間的信號質(zhì)量低于所預(yù)設(shè)的參數(shù)，該Repeater將根據(jù)預(yù)先的設(shè)定，切換至指定的連接上級，當(dāng)設(shè)有多個可連接上級，該切換將嚴(yán)格地按序進(jìn)行。這里的連接上級可以是245U-E Master，也有可以是其它的245U-E Repeater電臺。

在本方案中，加煤車、推焦車、導(dǎo)焦車的245U-E Repeater將配置為直接連接至245U-E Master，電車的245U-E Repeater將配置為通過導(dǎo)焦車的245U-E Repeater作為中繼接至245U-E Master。

3 材料清單

序號 名稱 單位數(shù)量 規(guī)格型號 制造商主站側(cè)1以太網(wǎng)無線接入電臺臺 2 245U-E通用型 ELPRO 2 三路功率分配器 套 2 PD24-3 ELPRO 3 8dB全向天線 付 6 TQJ-2400B 國產(chǎn)4 7/8”射頻電纜 米160 273505 美國安德魯5 7/8”電纜連接器 個 12 AFA17-4 NM-7/8”L 國產(chǎn)6 7/8”電纜接地線 套 6 卡簧式 國產(chǎn)7 射頻跳線 根 2 SMAR plug / N plug 自制8 射頻跳線 根12 N plug / N jack 自制9 功率放大器 個 6 LPA-400 臺灣10 避雷器 個 6 CA-23RS日本 DIAMOND 11 機(jī)箱 臺 1 400×210×500 國產(chǎn)12 防水套件 套 2 3M四大車側(cè)1以太網(wǎng)無線接入電臺臺 8 245U-E ELPRO 2 8dB全向天線 付 8 TQJ-2400B 國產(chǎn)3 7/8”射頻電纜 米100 273505 美國安德魯4 7/8”電纜連接器 個 16 AFA17-4 NM-7/8”L 國產(chǎn)5 7/8”電纜接地線 套 8 卡簧式 國產(chǎn)6 射頻跳線 根 8 SMAR plug / N plug 自制7 射頻跳線 根 8 N plug / N jack 自制8 避雷器 個 8 CA-23RS日本DIAMOND 9 機(jī)箱 臺 8 380×210×300 國產(chǎn)10 防水套件 套 3 3M

4 說明

4.1 關(guān)于通信路徑的設(shè)置說明

1）根據(jù)目前的天線架設(shè)安排，主站天線與加煤車、推焦車、導(dǎo)焦車之間基本上處于可視的狀態(tài)，所以均可采用直接連接的方式，但電車的通信環(huán)境比較復(fù)雜，受導(dǎo)焦車位置的影響非常大，特別在導(dǎo)焦車處于天線旁時，將完全擋住與電車之間射頻連接的直接路徑，所以電車的通信還是采用中繼方式更為合適，初步考慮將所有電車設(shè)置通信連接至中間的導(dǎo)焦車，通過該導(dǎo)焦車再連接至主站。由于電車與導(dǎo)焦車基本是可視的，理論上兩者之間的無線信道質(zhì)量也應(yīng)該是能夠保證的；

2）為了均衡兩臺245U-E Master的通信負(fù)荷，Master1將作為加煤車和推焦車的主站，Master2將作為導(dǎo)焦車和電車的主站。Master1和Master2互為冗余熱備。

4.2 關(guān)于天線架設(shè)安排的進(jìn)一步探討

由于電車位于同一邊導(dǎo)焦車的下一個層面，參考上海寶鋼公司生產(chǎn)線的天線位置情況，主站天線與電車之間肯定要受到導(dǎo)焦車的遮擋，如果能將該側(cè)的天線架設(shè)位置下降至電車的高度，以達(dá)到可視的效果，則電車也可以采用直接連接的方式。至于導(dǎo)焦車可以與加煤車共享頂上的天線，或者加裝一根天線。這里最大的問題是能否有合適的架設(shè)天線的位置，因此本設(shè)計在應(yīng)用時應(yīng)充分注意到這個問題，本文主要論述自動化控制的無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，這里就不再深入分析。

[1]華強(qiáng)電子網(wǎng)用戶.ProSoft無線電臺在起重行業(yè)的應(yīng)用— —ProSoft無線電臺應(yīng)用于安德里茲起重防碰撞系統(tǒng).華強(qiáng)電子網(wǎng)，2011.

[2]何君，徐益平，陳雪麗，慈文彥.基于ARM9的無線電臺網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究[J].電子測量技術(shù)，2009.

[3][美]Bruce.A.Fette，等著.認(rèn)知無線電控制方法[M].趙知勁，鄭仕鏈，尚俊娜，譯.科學(xué)出版社，2011.

TP39

A

.1674-6708（2011）52-0178-02

李建明，工程師，工作單位：輝縣市電業(yè)局，長期從事電氣自動化控制及數(shù)據(jù)傳輸維護(hù)工作..........

郭紅云，工程師，工作單位：輝縣市電業(yè)局，長期從事電氣設(shè)計工作，現(xiàn)主持科技創(chuàng)新研發(fā)工作..........

牛保臣，高級工程師，工作單位：輝縣市電業(yè)局，長期從事電氣自動化工程設(shè)計與維護(hù)工作