工業(yè)設備及儀器儀表無線遠傳技術方案

1.概述

企業(yè)信息化是增強企業(yè)競爭力的重要手段，實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)信息化，將有效推動產業(yè)結構調整和產業(yè)優(yōu)化升級，是促進經濟發(fā)展和社會信息化的重要基礎性工作。組建完整的信息化系統(tǒng)是信息化改造中*，而生產過程中對現(xiàn)場生產設備及儀器儀表的數據采集為制造執(zhí)行系統(tǒng)和企業(yè)資源管理系統(tǒng)提供了基礎的數據源，是企業(yè)信息化的基礎。

目前工業(yè)現(xiàn)場數據采集的方法及接口都是多種多樣的，大體可以分為有線和無線兩類。有線方式主要包括Profibus-DP現(xiàn)場總線、RS-485等；無線方式主要有基于GPRS方式、基于Zigbee協(xié)議方式等。

普賽通信根據自身技術特點，提供一套無線遠傳技術方案，即基于普賽無線自組網絡的無線遠傳技術方案。在不影響現(xiàn)有生產設備正常工作的條件下完成對串口數據的采集及分析，提取用戶所需數據，并通過普賽傳輸無線網絡將數據送回數據服務器。無線組網設備由PT-10系列無線設備、無線路由器（可選）及基站組成，完成無線網絡的搭建，實現(xiàn)自組網絡。計算機數據接收軟件采用B/S結構，將收集數據存入數據庫，并提供瀏覽功能，方便用戶瀏覽數據。同時，該軟件可實現(xiàn)與其他軟件的接口，將數據送入其他系統(tǒng)中。

2、基于無線自組網的遠程傳輸技術

1、系統(tǒng)組成

①數據采集發(fā)送模塊（以下稱采集節(jié)點）。每臺工業(yè)設備（如流量計、控制柜等）上連接一個數據采集發(fā)送模塊，負責采集現(xiàn)場數據并通過無線發(fā)送出去。

②數據接收模塊（以下稱接收基站）。放置于控制監(jiān)控中心，也可通過互聯(lián)網可直接將數據發(fā)送至遠端監(jiān)控中心。

③路由模塊?？蛇x配。在信號強度低、距離較遠或者其他影響信號傳輸情況下，可通過增加路由方式增強信號傳輸可靠性。

2、工作原理

數據采集模塊通過Modbus接口連接至設備，定時采集設備數據（間隔時間可由服務器），并通過無線方式向外發(fā)送，每個采集節(jié)點既可以在mesh網絡里進行數據傳輸，也可以作為其他節(jié)點傳輸路徑中的路由節(jié)點，并且可以通過無線方式接收服務器下發(fā)的控制命令（如開關閥門命令）。

數據接收設備接收到數據后通過標準接口將數據發(fā)送至監(jiān)控中心計算機存儲，也可以通過互聯(lián)網發(fā)送至遠端控制中心。對于信號弱或者障礙物較多的情況，可以通過安裝無線路由器來實現(xiàn)區(qū)域的無線覆蓋，并提高傳輸穩(wěn)定性與可靠性。

針對不同的需求，我公司提供兩種數據接收基站接入方式。

*種，針對需要在工業(yè)現(xiàn)場控制室監(jiān)測數據的情況，數據接收設備提供標準RS-232串行接口或USB2.0接口直接連接至計算機，通過軟件實時監(jiān)控設備狀態(tài)并且可以下發(fā)相關控制命令。遠端控制中心可以使用互聯(lián)網通過驗證的方式訪問控制室數據庫數據。

第二種，針對僅需要在遠端控制中心監(jiān)測數據的情況，數據接收設備提供標準網口接口，使用TCP/IP協(xié)議直接將數據通過互聯(lián)網發(fā)送至遠端服務器，或者使用GPRS無線方式發(fā)送。

3、方案優(yōu)點

①實時性強，可以持續(xù)讀取設備數據。

②效率高，從采集到統(tǒng)計均為自動完成，無需人工干預。

③零通信成本，無線采用免費頻段，無需注冊，無通訊費。

④采用自動跳頻技術，通訊穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，可達到99.9%一次讀取成功率。

⑤網絡節(jié)點具有自組網特性，具有自動中繼鏈路功能，網絡覆蓋范圍廣。

⑥控制中心可通過無線設置采集頻率。

⑦良好的系統(tǒng)擴展性。當生產規(guī)模擴充時，相應地增加采集器、集中器的數量即可完成系統(tǒng)的擴展。

3、方案對比

1、無線方案與有線方案對比

2、多種無線方案對比

目前的工業(yè)無線通信網絡以點對點數據傳輸和星形網絡結構為主，網絡協(xié)議采用了主站輪詢各從站、從站依次上傳數據的方式，網絡在固定信道上進行傳輸。該方法存在以下問題：

●網絡不支持中繼傳輸。如果障礙物存在，就必須組成多個星形網絡，導致實現(xiàn)復雜，可靠性降低。

●功耗大，所有從站必須一直處于偵聽模式，不適合電池供電的場合。

●固定信道易受其他噪聲干擾，降低了可靠性。

普賽的無線網絡采用了基于多信道和時間同步的技術方案。在無線網絡中，每個節(jié)點按自己默認的偽隨機序列在多個信道上切換，同時將時間劃分為多個時間片，節(jié)點按預定的序列在每個超幀周期選擇不同的時間片在不同的信道蘇醒，而在其他時間片休眠。該技術的主要優(yōu)勢是：

●多信道技術可以有效地避免在公用波段常見的單一信道干擾。由于采用了全部16個信道傳輸，鄰近節(jié)點可以在同一時間不同信道上通信，使得系統(tǒng)通信容量大大提高。

●時間同步技術使得通信時延可預測，可控制，并且減少了數據碰撞的概率。同時，由于節(jié)點之間可以同步地休眠和蘇醒，有效地降低了功耗并且實現(xiàn)了低功耗的路由器。

●可靠穩(wěn)定的傳輸模式。所有節(jié)點同時維護多條通信路徑，一條路徑被阻斷后可以立即選用備選路徑傳輸。

該技術處于水平，目前像愛默生（Emerson）、霍尼韋爾（Honeywell）等自動化設備生產廠家都采納了類似的無線技術方案為他們的產品增加無線功能。我們致力于提高產品在工業(yè)環(huán)境下的可靠性、穩(wěn)定性和抗干擾性，采用了冗余路徑、斷點重傳、端到端確認等多種技術達到工業(yè)無線組網的嚴格要求。在長期疲勞測試中，我們的網絡實現(xiàn)了99.9%以上的傳輸成功率。同時，在每30秒發(fā)送一次數據包的情況下，平均電流低至1.5毫安，在兩節(jié)5號電池供電的情況下可以連續(xù)工作至少三個月。

與其他方案相比，我們的方案特色與優(yōu)勢：

4、附錄：

1、縮略語

2、術語/定義