工業(yè)設(shè)備及儀器儀表無線遠(yuǎn)傳技術(shù)方案

1.概述

企業(yè)信息化是增強(qiáng)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(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會信息化的重要基礎(chǔ)性工作。組建完整的信息化系統(tǒng)是信息化改造中*，而生產(chǎn)過程中對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備及儀器儀表的數(shù)據(jù)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(chǔ)的數(shù)據(jù)源，是企業(yè)信息化的基礎(chǔ)。

目前工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)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(jù)自身技術(shù)特點，提供一套無線遠(yuǎn)傳技術(shù)方案，即基于普賽無線自組網(wǎng)絡(luò)的無線遠(yuǎn)傳技術(shù)方案。在不影響現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備正常工作的條件下完成對串口數(shù)據(jù)的采集及分析，提取用戶所需數(shù)據(jù)，并通過普賽傳輸無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)送回數(shù)據(jù)服務(wù)器。無線組網(wǎng)設(shè)備由PT-10系列無線設(shè)備、無線路由器（可選）及基站組成，完成無線網(wǎng)絡(luò)的搭建，實現(xiàn)自組網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)數(shù)據(jù)接收軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，將收集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并提供瀏覽功能，方便用戶瀏覽數(shù)據(jù)。同時，該軟件可實現(xiàn)與其他軟件的接口，將數(shù)據(jù)送入其他系統(tǒng)中。

2、基于無線自組網(wǎng)的遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)

1、系統(tǒng)組成

①數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊（以下稱采集節(jié)點）。每臺工業(yè)設(shè)備（如流量計、控制柜等）上連接一個數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并通過無線發(fā)送出去。

②數(shù)據(jù)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(wǎng)可直接將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)端監(jiān)控中心。

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

2、工作原理

數(shù)據(jù)采集模塊通過Modbus接口連接至設(shè)備，定時采集設(shè)備數(shù)據(jù)（間隔時間可由服務(wù)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(wǎng)絡(luò)里進(jìn)行數(shù)據(jù)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(wù)器下發(fā)的控制命令（如開關(guān)閥門命令）。

數(shù)據(jù)接收設(shè)備接收到數(shù)據(jù)后通過標(biāo)準(zhǔn)接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心計算機(jī)存儲，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至遠(yuǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的情況，數(shù)據(jù)接收設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232串行接口或USB2.0接口直接連接至計算機(jī)，通過軟件實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)并且可以下發(fā)相關(guān)控制命令。遠(yuǎn)端控制中心可以使用互聯(lián)網(wǎng)通過驗證的方式訪問控制室數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。

第二種，針對僅需要在遠(yuǎn)端控制中心監(jiān)測數(shù)據(jù)的情況，數(shù)據(jù)接收設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口接口，使用TCP/IP協(xié)議直接將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至遠(yuǎn)端服務(wù)器，或者使用GPRS無線方式發(fā)送。

3、方案優(yōu)點

①實時性強(qiáng)，可以持續(xù)讀取設(shè)備數(shù)據(jù)。

②效率高，從采集到統(tǒng)計均為自動完成，無需人工干預(yù)。

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(shù)，通訊穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可達(dá)到99.9%一次讀取成功率。

⑤網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有自組網(wǎng)特性，具有自動中繼鏈路功能，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣。

⑥控制中心可通過無線設(shè)置采集頻率。

⑦良好的系統(tǒng)擴(kuò)展性。當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)充時，相應(yīng)地增加采集器、集中器的數(shù)量即可完成系統(tǒng)的擴(kuò)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(wǎng)絡(luò)以點對點數(shù)據(jù)傳輸和星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用了主站輪詢各從站、從站依次上傳數(shù)據(jù)的方式，網(wǎng)絡(luò)在固定信道上進(jìn)行傳輸。該方法存在以下問題：

●網(wǎng)絡(luò)不支持中繼傳輸。如果障礙物存在，就必須組成多個星形網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致實現(xiàn)復(fù)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(wǎng)絡(luò)采用了基于多信道和時間同步的技術(shù)方案。在無線網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點按自己默認(rèn)的偽隨機(jī)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(yù)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(shù)的主要優(yōu)勢是：

●多信道技術(shù)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(shù)使得通信時延可預(yù)測，可控制，并且減少了數(shù)據(jù)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(hù)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(shù)處于水平，目前像愛默生（Emerson）、霍尼韋爾（Honeywell）等自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家都采納了類似的無線技術(shù)方案為他們的產(chǎn)品增加無線功能。我們致力于提高產(chǎn)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(rèn)等多種技術(shù)達(dá)到工業(yè)無線組網(wǎng)的嚴(yán)格要求。在長期疲勞測試中，我們的網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)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(shù)語/定義