自動化控制系統無線網絡構建設計

李建明，郭紅云，牛保臣

河南省輝縣市電業局，河南輝縣 453600

自動化控制系統無線網絡構建設計

李建明，郭紅云，牛保臣

河南省輝縣市電業局，河南輝縣 453600

本文的設計目的是研究建立可靠的自動化系統無線網絡，服務工業化流程生產，同時提供擴展接口。本設計充分利用電臺通訊特性，為自動化系統在焦爐自動控制建立無線平臺。工業級聯交換機和245U-E電臺是構建的核心。通過對生產線設計安裝實例的驗證，本套系統在無線網絡傳輸，抗干擾等方面均達到工業生產要求。

.自動化；無線；焦爐ELPRO；245U-E

1 系統選型和構架

基于現代工業生產高性能的要求，依舊使用電纜母線，并拖著電纜實現控制系統與小車的通信已經越來越不可靠了。隨著無線電臺技術的發展，越來越多的行業開始使用無線電臺，因為用無線電臺方式實現數據采集、監視與控制，相對于架設專用的電纜或光纜，具有造價低廉、運行可靠、維護方便等優點。2006年安德里茲公司指出：“這種應用環境我一直采用……電臺，主要原因是采用高速的以太網無線系統使得有效地防止了撞車的發生，而且使用無線通訊有效的節約了大量的成本，因為我們不再需要母線和卷纜。[1]”設計的目的是為了解決工業化生產中，對自動化無線控制傳輸平臺的需求，以下設計探討以某鋼廠焦爐生產線為應用平臺。以四車為設計目標，根據焦爐規模和自動化系統對無線網絡的帶寬、數據流量的要求，擬為系統配置10臺ELPRO公司的245U-E工業級以太網無線接入電臺，其中在主站側配置2臺，四大車側配置8臺。

系統的配置示意圖如下：

四大車側每臺大車配置1臺設為Repeater的245U-E，主站側的2臺245U-E設為Master，2臺245U-E Master往上通過工業以太網交換機與冗余PLC控制系統網絡連接，往下與四大車控制系統側的245U-E Repeater進行無線網絡通信。

考慮到大車分布在焦爐的兩側和頂部，系統為Master配置了三副天線，通過功率分配器，將兩付天線分置于焦爐的兩側，另一付安置于焦爐的頂部，使Master的射頻分布可覆蓋焦爐的兩側和頂部，確保整個工作區域不產生通信盲區。

主站部分的配置示意圖如下：

2 以太網無線接入電臺的設置

245U-E Master可以做到在無線以太網高速數據傳輸（符合802.11b）的基礎上，實現電臺通訊的冗余。

在本方案中，將2臺245U-E Master設置為相同的SSID和不同的CHANNEL，并使用以太網電纜連接這兩個245U-E Master，使兩臺Master提供了在該SSID網內相互冗余的性能。

245U-E Repeater在參數配置時可以選擇連接的上級，當運行中該Repeater與連接的上級之間的信號質量低于所預設的參數，該Repeater將根據預先的設定，切換至指定的連接上級，當設有多個可連接上級，該切換將嚴格地按序進行。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 單位數量 規格型號 制造商主站側1以太網無線接入電臺臺 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6 7/8”電纜接地線 套 6 卡簧式 國產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 機箱 臺 1 400×210×500 國產12 防水套件 套 2 3M四大車側1以太網無線接入電臺臺 8 245U-E ELPRO 2 8dB全向天線 付 8 TQJ-2400B 國產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5 7/8”電纜接地線 套 8 卡簧式 國產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 機箱 臺 8 380×210×300 國產10 防水套件 套 3 3M

4 說明

4.1 關于通信路徑的設置說明

1）根據目前的天線架設安排，主站天線與加煤車、推焦車、導焦車之間基本上處于可視的狀態，所以均可采用直接連接的方式，但電車的通信環境比較復雜，受導焦車位置的影響非常大，特別在導焦車處于天線旁時，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置通信連接至中間的導焦車，通過該導焦車再連接至主站。由于電車與導焦車基本是可視的，理論上兩者之間的無線信道質量也應該是能夠保證的；

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

4.2 關于天線架設安排的進一步探討

由于電車位于同一邊導焦車的下一個層面，參考上海寶鋼公司生產線的天線位置情況，主站天線與電車之間肯定要受到導焦車的遮擋，如果能將該側的天線架設位置下降至電車的高度，以達到可視的效果，則電車也可以采用直接連接的方式。至于導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天線的位置，因此本設計在應用時應充分注意到這個問題，本文主要論述自動化控制的無線網絡構建，這里就不再深入分析。

[1]華強電子網用戶.ProSoft無線電臺在起重行業的應用— —ProSoft無線電臺應用于安德里茲起重防碰撞系統.華強電子網，2011.

[2]何君，徐益平，陳雪麗，慈文彥.基于ARM9的無線電臺網絡控制系統的設計與研究[J].電子測量技術，2009.

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

TP39

A

.1674-6708（2011）52-0178-02

李建明，工程師，工作單位：輝縣市電業局，長期從事電氣自動化控制及數據傳輸維護工作..........

郭紅云，工程師，工作單位：輝縣市電業局，長期從事電氣設計工作，現主持科技創新研發工作..........

牛保臣，高級工程師，工作單位：輝縣市電業局，長期從事電氣自動化工程設計與維護工作