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工业设备及仪器仪表无线远传技术方案浅析

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-09  浏览次数:128
核心提示:目前工业现场数据采集的方法及接口都是多种多样的,大体可以分为有线和无线两类。有线方式主要包括Profibus-DP现场总线、RS-485等;无线方式主要有基于GPRS方式、基于Zigbee协议方式等。

济南普赛通信技术有限公司

一、概述

企业信息化是增强企业竞争力的重要手段,实现工业企业信息化,将有效推动产业结构调整和产业优化升级,是促进经济发展和社会信息化的重要基础性工作。组建完整的信息化系统是信息化改造中必不可少,而生产过程中对现场生产设备及仪器仪表的数据采集为制造执行系统和企业资源管理系统提供了基础的数据源,是企业信息化的基础。

目前工业现场数据采集的方法及接口都是多种多样的,大体可以分为有线和无线两类。有线方式主要包括Profibus-DP现场总线、RS-485等;无线方式主要有基于GPRS方式、基于Zigbee协议方式等。

普赛通信根据自身技术特点,提供一套无线远传技术方案,即基于普赛无线自组网络的无线远传技术方案。在不影响现有生产设备正常工作的条件下完成对串口数据的采集及分析,提取用户所需数据,并通过普赛精准传输无线网络将数据送回数据服务器。无线组网设备由PT-10系列无线设备、无线路由器(可选)及基站组成,完成无线网络的搭建,实现自组网络。计算机数据接收软件采用B/S结构,将收集数据存入数据库,并提供网站浏览功能,方便用户浏览数据。同时,该软件可实现与其他软件的接口,将数据送入其他系统中。

二、基于无线自组网的远程传输技术

1、系统组成

①数据采集发送模块(以下称采集节点)。每台工业设备(如流量计、控制柜等)上连接一个数据采集发送模块,负责采集现场数据并通过无线发送出去。

②数据接收模块(以下称接收基站)。放置于控制监控中心,也可通过互联网可直接将数据发送至远端监控中心。

③路由模块。可选配。在信号强度低、距离较远或者其他影响信号传输情况下,可通过增加路由方式增强信号传输可靠性。

2、工作原理

数据采集模块通过Modbus接口连接至设备,定时采集设备数据(间隔时间可由服务器指定),并通过无线方式向外发送,每个采集节点既可以在mesh网络里进行数据传输,也可以作为其他节点传输路径中的路由节点,并且可以通过无线方式接收服务器下发的控制命令(如开关阀门命令)。

数据接收设备接收到数据后通过标准接口将数据发送至监控中心计算机存储,也可以通过互联网发送至远端控制中心。对于信号弱或者障碍物较多的情况,可以通过安装无线路由器来实现区域的无线覆盖,并提高传输稳定性与可靠性。

针对不同的需求,我公司提供两种数据接收基站接入方式。

第一种,针对需要在工业现场控制室监测数据的情况,数据接收设备提供标准RS-232串行接口或USB2.0接口直接连接至计算机,通过软件实时监控设备状态并且可以下发相关控制命令。远端控制中心可以使用互联网通过验证的方式访问控制室数据库数据。

第二种,针对仅需要在远端控制中心监测数据的情况,数据接收设备提供标准网口接口,使用TCP/IP协议直接将数据通过互联网发送至远端服务器,或者使用GPRS无线方式发送。

三、方案优点

①实时性强,可以持续读取设备数据。

②效率高,从采集到统计均为自动完成,无需人工干预。

③零通信成本,无线采用免费频段,无需注册,无通讯费。

④采用自动跳频技术,通讯稳定可靠,抗干扰能力强,可达到99.9%一次读取成功率。

⑤网络节点具有自组网特性,具有自动中继链路功能,网络覆盖范围广。

⑥控制中心可通过无线设置采集频率。

⑦良好的系统扩展性。当生产规模扩充时,相应地增加采集器、集中器的数量即可完成系统的扩展。

四、方案对比


1、无线方案与有线方案对比

有线方式

无线方式

简介

通过现场总线等方式,将数据传输到采集处,进行分析存储。

使用无线传输方式,通过星形网络或Mesh网络传输数据。

传输速度

高速传输

较快,可满足一般需求

传输可靠性

较高

施工难度

大。需要规划布线、预设接口、线路检测与线路扩容等工作。

小。只需要将无线采集模块连接至设备即可。

施工成本

主要为布线费用及信号线成本。

无线采集模块费用。

维护成本

工业现场环境恶劣时信号线容易出现故障,查询难度大。

故障率低,出现故障时易查询,一般带故障报警功能。

2、多种无线方案对比

目前的工业无线通信网络以点对点数据传输和星形网络结构为主,网络协议采用了主站轮询各从站、从站依次上传数据的方式,网络在固定信道上进行传输。该方法存在以下问题:

●网络不支持中继传输。如果障碍物存在,就必须组成多个星形网络,导致实现复杂,可靠性降低。

●功耗大,所有从站必须一直处于侦听模式,不适合电池供电的场合。

●固定信道易受其他噪声干扰,降低了可靠性。

普赛的无线网络采用了基于多信道和时间同步的技术方案。在无线网络中,每个节点按自己默认的伪随机序列在多个信道上切换,同时将时间划分为多个时间片,节点按预定的序列在每个超帧周期选择不同的时间片在不同的信道苏醒,而在其他时间片休眠。该技术的主要优势是:

●多信道技术可以有效地避免在公用波段常见的单一信道干扰。由于采用了全部16个信道传输,邻近节点可以在同一时间不同信道上通信,使得系统通信容量大大提高。

●时间同步技术使得通信时延可预测,可控制,并且减少了数据碰撞的概率。同时,由于节点之间可以同步地休眠和苏醒,有效地降低了功耗并且实现了低功耗的路由器。

●可靠稳定的传输模式。所有节点同时维护多条通信路径,一条路径被阻断后可以立即选用备选路径传输。

该技术处于国际领先水平,目前像爱默生(Emerson)、霍尼韦尔(Honeywell)等知名自动化设备生产厂家都采纳了类似的无线技术方案为他们的产品增加无线功能。我们致力于提高产品在工业环境下的可靠性、稳定性和抗干扰性,采用了冗余路径、断点重传、端到端确认等多种专利技术达到工业无线组网的严格要求。在长期疲劳测试中,我们的网络实现了99.9%以上的传输成功率。同时,在每30秒发送一次数据包的情况下,平均电流低至1.5毫安,在两节5号电池供电的情况下可以连续工作至少三个月。

四、附录:

1、缩略语

缩略语 英文全名 中文解释

GPRS General Packet Radio Service 移动通信运营商利用无线控制信道提供的一种低速数据传输服务

2、术语/定义

无线自组网络

无线自组网,或无线Mesh网络,也称为“多跳(multi-hop)”网络,它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。在传统的无线局域网(WLAN)中,每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络,用户如果要进行相互通信的话,必须首先访问一个固定的接入点(AP),这种网络结构被称为单跳网络。而在无线Mesh网络中,任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器,网络中的每个节点都可以发送和接收信号,每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于:如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话,那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推,数据包还可以根据网络的情况,继续路由到与之最近的下一个节点进行传输,直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。

Mesh接入点 Mesh接入点提供了Mesh网络与骨干网的链接。其他Mesh设备自动寻找到接入点的路由。

Mesh路由器 Mesh网络中提供多跳路由功能的设备。

RS-232接口 计算机串行通信口物理接口方式,实现外部设备与计算机之间的数据传输。

RS-485 数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输。

Modbus Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。

 
关键词: 普赛通信 数据采集

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