無線網橋在港口大型設備連鎖保護中的應用

邱冬冬

（廣州港股份有限公司新港港務分公司，廣東廣州 510000）

0 引言

煤炭碼頭的大型設備如斗輪堆取料機，需要與地面輸送皮帶協調作業，避免因設備啟動邏輯的先后順序錯亂導致物料撒漏。因此港口大型設備如卸船機、斗輪堆取料機作業運行須與地面皮帶運行進行連鎖保護，而該功能的完成需要傳輸連鎖信號進行邏輯判斷，實現作業連鎖。

1 港口大型設備通信技術

1.1 有線通信

港口大型機械設備的有線通信一般通過多芯通信電纜實現，由通信電纜、轉盤導向架、電纜轉盤、滑環箱等組成，單機通信電纜從現場電纜架經轉盤導向架和電纜轉盤，通過滑環箱與單機通信電纜連接起來。由于采用物理連接的通信方式，有線通信有著抗干擾能力強和穩定性強的優點。但由于有線通信投入成本高、通信電纜使用過程中容易老化斷芯造成通心中斷、滑環箱維護較為困難等缺點，使得越來越多的港口大型設備開始通過改造采用無線通信方式。

1.2 數傳電臺

數傳電臺是數字式無線數據傳輸電臺的簡稱。它是采用數字信號處理、數字調制解調、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的一種無線數據傳輸電臺[1]。數傳電臺的工作頻率大多使用220～240 MHz、400～470 MHz 頻段以及2.4 GHz 頻段，具有數話兼容、數據傳輸實時性好、專用數據傳輸通道、一次投資、沒有運行使用費、適用于惡劣環境、穩定性好等優點。在良好的環境內，數傳電臺的有效覆蓋半徑約幾十公里[2]。數傳電臺通常提供標準的RS-232 數據接口，可直接與設備上的工業控制裝置連接。由于數傳電臺的諸多優點，在港口無線通信中廣泛使用。但由于大多數數傳電臺帶寬較低，對于以太網支持較差，不適合傳輸數據量大的內容，如視頻監控、遠程監控以及智能化等系統。目前港口應用較多的數傳電臺有美國DATE LINC 系列、GE MDS 系列等數傳電臺。

1.3 無線網橋

無線網橋是橋接器，它是一種在鏈路層實現局域網互聯的存儲轉發設備[3]，是為了無線實施遠距離點對點和點對多互聯數據傳送而研發的、在鏈路層中達成LAN 互聯的一種存儲轉發類設備，主要用在設備相互間高速、遠距離的無線組網中，特別適用于帶寬標準較高的視頻類監控數據量大的信號傳輸[4]。擴頻微波和無線網橋技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監控等大數據量信號傳輸業務。其在2.4 GHz 和5.8 GHz 頻段免申請無線執照，相對于其他無線通信更容易部署。無線網橋應用一般分為點對點、中繼和一對多等多種模式。由于無線網橋擁有高帶寬、擴展性強等特點，面對港口大型設備日益增長的傳輸數據量，無線網橋開始大規模應用于港口大型設備的無線通信傳輸。而且無線網橋成本低、組網部署容易、前期投入低、后期維護方便，有取代數傳電臺的趨勢。但無線網橋的弱點也很明顯，由于高頻信號繞射能力差，網橋之間的遮擋會造成通信信號丟失，但這個問題可以通過增加無線中繼得到解決。

2 基于無線網橋的無線通信系統

廣州港西基碼頭地處珠江三角洲的中心地帶，位于廣州經濟技術開發區墩頭基，是華南地區最大的現代化煤炭裝卸專業碼頭之一。本次以西基碼頭12#斗輪堆取料機（簡稱SR12）和中控樓之間的通信為例，探討無線網橋在港口大型通信連鎖中的應用。

SR12 分布位置及行走路徑如圖1 所示，SR12 位于西基碼頭堆場中部，與中控樓的距離約500 m，同時與中控樓隔著兩個堆場以及兩臺斗輪機，當這兩臺斗輪機處于中控樓與SR12 中間位置時就會造成遮擋，同時堆場的煤堆也可能造成遮擋。

圖1 SR12 分布位置

2.1 無線網橋系統設計

根據現場條件，為保證信號傳輸質量，滿足無線網橋可視無遮擋的要求，本項目需要在合適的地點增加中繼。根據現場勘察，決定在SR12 東頭的皮帶轉接房安裝無線網橋中繼。無線網橋中繼位置以及SR12 與中控樓的傳輸路徑如圖2所示。

圖2 無線網橋中繼位置以及SR12 與中控樓的傳輸路徑

無線網橋通信系統主要由中控下位PLC、中控通信PLC（西門子S7-200 SMART）、中控側無線網橋（含天線）、無線網橋中繼、斗輪機無線網橋（含天線）、斗輪機側通信PLC（西門子S7-200 SMART）、斗輪機側主PLC 等硬件組成，其網絡拓撲圖如圖3 所示。

圖3 通信網絡拓撲圖

斗輪機發送數據給中控室：斗輪機的主PLC 將傳輸信號以硬線傳輸的形式至通信PLC（西門子S7-200 SMART）之DI 點；通信PLC 通過以太網將信號傳輸給斗輪機端的無線網橋；無線網橋將數據發給無線網橋中繼，無線網橋中繼再將信號傳輸至中控端無線網橋；中控端無線網橋接收后通過網線將數據傳給中控端的通信PLC（西門子S7-200 SMART）；該PLC 再對傳輸數據進行解碼并以DO 點的形式輸出，用硬線的方式傳送至中控下位機PLC之DI 點，中控上位機收到斗輪機的信號，完成整個通信流程。中控發數據給斗輪機采用同樣的方法。

本項目控制器采用西門子S7-200 SMART PLC，它擁有一個以太網通信網口，且對以太網通信有著友好的支持。無線網橋采有Ubnt Rocket 系列無線網橋，該系列網橋具有IP67 的防水防塵設計，性能穩定，滿足散貨碼頭惡劣的工作環境，支持2.4 GHz 和5 GHz 兩個頻段。由于碼頭2.4 GHz 無線設備較多，為了避免過多的干擾，采用5.8 GHz 頻段。

2.2 無線網橋系統軟件設計

2.2.1 無線網橋設置

利用Ubnt 自帶管理軟件對網橋進行設置，電腦連接無線網橋，電腦端用瀏覽器輸入192.168.1.20，進入管理軟件。

中控端網橋設置：無線模式設置為AP，并設置ssid、天線、輸出功率等參數。

中繼端網橋設置：無線模式設置為AP 中繼，WDS 對等填寫AP 網橋的物理地址，其他參數與AP 網橋一致。

斗輪機端網橋設置：無線網橋模式設置為：站，然后通過搜尋中繼網橋的信號，使得斗輪機網橋連接上中繼端網橋，并鎖定到中繼網橋上。其他參數與中控端網橋設置一致。

3 個無線網橋設置完成后，通過無線網橋管理軟件觀察無線網橋的連接狀態、信號強度等信息。

2.2.2 西門子S7-200 SMART 設置

西門子S7-200 SMART 功能較為強大，支持的通信協議豐富，PLC 程序如圖4 所示，本次直接調用GET 和PUT 指令，通過以太網連接，實現S7 200 SMART CPU 之間通信，使用NET_EXE 子程序用于初始化GET/PUT 操作的執行。并通過PLC 中間寄存器與輸出和輸出寄存器的交互，實現信號的輸入和輸出。

圖4 PLC 部分程序

3 使用效果

無線網橋相對于數傳電臺具有造價低、帶寬高等優勢。與有線通信對比，前期投入低、后期維護簡單，不會因線纜使用年限和線纜脫纜而發生損壞。多個無線網橋覆蓋整個碼頭內的大型移動設備，有利于提高生產的穩定性。同時無線網橋的冗余性和可擴展性使卸船機和堆料機控制功能的提升成為可能。

4 結語

總體來說，無線網橋對于港口大型設備通信來說，具有性能穩定、維護便捷、使用簡單、成本低的優勢特點，同時也為現代港口提供了網絡化、信息化、智能化技術支持。