淺談 2.4GHz跳頻擴頻通訊技術在某廠物料報表系統的應用

彭獲鋒

【摘要】根據某鋼廠生產的現實需要，對現有的球團、燒結及原料場的物料進行計量，并將上述的信號進行集中顯示在原料場控制室，本文主要講述了如何將上述3個地方的需要計量的信號引進原料場控制室，并進行集中顯示和生成報表。

【關鍵字】通訊協議， RS485，2.4GHz跳頻擴頻通訊技術，無線調制解調器

0、工程概況

某鋼廠現已建成現代化的原料場、球團、燒結廠房，均已投產。因生產和管理的需要，需將球團一臺電子皮帶秤和燒結一臺電子皮帶秤的信號引入原料場控制室新上的報表系統。原料場上的數臺電子皮帶秤的信號同時也引進新上的報表系統，而且原料場的部分電子皮帶秤有物料選擇，即同一條電子皮帶秤不同時間是運送不同的物料。上述的信號需要在新上的系統上進行集中監測并生成日報表。另外，上述3個廠房相距較遠，最遠者相距約一公里，廠房之間還有其它的建筑物和馬路，如何將需要的信號引進原料場控制室是此項目的成敗關鍵。

一、系統方案構成

目前，按照網絡的傳輸介質分為有線網絡和無線網絡。結合本工程的實際情況看，本工程采用無線傳輸的模式，因為原料場、球團、燒結廠房三者之間的距離較遠，而且所有的電纜溝和橋架均以蓋上蓋板，重新走線非常困難和投資較大。在工業自動化領域，常用的通訊協議有RS232 /RS485串口通訊和計算機網絡通訊（以太網口通訊）。無線電數據通訊鏈路其實只是一種完全透明的傳輸媒介，對于標準的串行通訊而言，就相當于一根串行電纜線；對于標準的以太網通訊而言，就相當于一根網絡線。無線電數據通訊鏈路作為一種傳輸媒體，

其可靠性是毋庸置疑的。在航天領域，我國的地面測控工程師對各種航天器的遙測遙控作業，都是通過無線電數據通訊鏈路這種傳輸媒體進行的。

二、系統實現原理

（一）硬件方面

1， 將球團系統原有的一臺計量秤信號所對應的隔離器改為一入二出的隔離器，一路4～20mA信號進入原有的PLC系統，一路4～20mA信號進入8通道模擬量模塊，模擬量模塊的輸出以RS485接入無線調制解調器。以同樣的方法將燒結的原有的一臺計量秤信號，引入8通道模擬量模塊，模擬量模塊輸出以RS485接入無線調制解調器。在原料場控制室設一臺無線調制解調器，將接收的球團計量秤信號及燒結機的計量秤信號以RS485方式接入工控機。

2，將原料場系統原有的七臺計量秤信所對應的隔離器改為一入二出的隔離器，一路信號進入原有的PLC系統，一路4～20mA信號進入8通道模擬量模塊，模擬量模塊輸出RS485信號有線的接入工控機。

3，原料場操作室增加5塊8通道的帶RS485數字量輸入模塊，用于接收原料場原有系統的物料選擇信號。物料選擇的信號通過RS485的方式進入新上的報表系統工控機。

為了實現上述功能，需要以下主要硬件：

1），帶RS485模擬量輸入模塊，采用研華的ADAM-4117，該模塊是16位A/D、8通道，可以采集電壓、電流模擬量信號，并且所有通道都提供了獨立的可編程的輸入范圍。

2），帶RS485的數字量輸入輸出模塊，采用研華的ADAM-4055，該模塊是將8DI/8DO集成在一起，并帶LED指示燈。

3），工控機采用研華的IPC-610L，一入二出的隔離器采用深圳萬訊的MSC301EC0CC，打印機采用惠普品牌下的激光打印機，顯示器選用三星品牌下的液晶顯示器。

4），無線調制解調器是本套方案成敗的關鍵所在。無線電技術在數據傳輸和數據采集/控制應用主要分兩大類：230MHz頻段的窄帶通訊和2.4GHz頻段的擴頻通訊。和傳統的230MHz頻段的窄帶通訊技術相比較，2.4GHz跳頻擴頻通訊技術在以下方面具有明顯的優勢：

● 不需要當地的無線電管理部門分配專用的頻點資源；

● 抗環境噪聲干擾。在2.4GHz頻段下，環境噪聲干擾信號的電平是很低的；

● 抗工業環境電火花干擾。在2.4GHz頻段，工業環境電火花干擾信號的功率譜密度分布微乎其微；

● 抗同頻干擾。具有智能化水平的2.4GHz跳頻擴頻通訊設備，能夠自動避開同頻干擾。

● 傳輸數據的速率高，速率可達115.2Kbps；傳輸質量極佳性能可靠、穩定；本工程無線調制解調器選用美國DATA-LINC GROUP公司制造的2.4GHz跳頻擴頻通訊設備：SRM6100工業級無線電調制解調器及相應的國產附件，如天線，射頻電纜等。該產品具有2.4GHz跳頻擴頻通訊技術的上述的所有優勢。另外，SRM6100工業級無線電調制解調器還具有以下優勢：

● 與各種品牌（如GE、Omron、AB、西門子等）的PLC有很好的通訊兼容性。

● 品質因素高：工作環境溫度為 -40 oC -- +75 oC

● 智能頻譜技術：能夠自動地避開同頻干擾的影響。即使二套相互獨立系統的設備安裝在同一地點，相互之間也不會干擾對方的工作

● 強大的通訊糾錯能力：通過自身強大的糾錯功能，極低的故障率。

● 無論是作為主站或是從站，無論是點對多點方式還是點對多點方式，它們在硬件上都是一樣的，只是內部工作參數設置不同。使用"窗口"操作系統所包含的"超級終端"，就可以方便地對系統的各臺站進行維護。這意味著備份設備的型號是單一的，備份的設備量將大大減少。

5），項目在實施過程中需要考慮防雷接地等保護措施。

（二）軟件實現方面

上位機組態軟件發出的采集數據命令，通過串行通訊數據接口送到所連接的SRM6100無線調制解調器，SRM6100無線調制解調器將這些命令加載在2.4GHz載波信號上，發給遠端的球團站和燒結站的SRM6100無線調制解調器，球團站和燒結站的SRM6100無線調制解調器將收到的2.4GHz載波信號進行解調后，從中檢出有用信號，并把它們送到各自對應的RTU設備。RTU設備接受到上位機組態軟件發出的采集數據命令后，隨即把已經采集到的現場數據通過所連接的SRM6100無線調制解調器發送回上位機，從而完成遠端數據采集的過程。原料場操作室內部的模擬量數據采集也是同樣的過程。對于物料的選擇，由原料場原有的PLC系統輸出相應的物料選擇信號到原料場數字量輸入模塊，通過特定的程序讀取物料選擇信號，根據這些信號來區分和計算物料的種類和累積量。軟件的編寫和調試可以購買特定的軟件或者用VB等高級語言編寫。

三、結束語

無線電作為傳輸媒體在下面兩種情況下是比較理想的選擇：一是走線非常的困難；二是長距離的布線。跳頻擴頻通訊技術已在工業自動化領域中得到了廣泛的應用，如大型的鋼廠中能源中心的數據采集系統、自來水廠供水管網數據采集/監控系統等。跳頻擴頻通訊技術為遠距離的信號傳輸提供了良好的可靠的解決方案，我相信，跳頻擴頻通訊技術將在各行各業的數據無線傳輸上有更廣范圍的應用！