自动化控制系统无线网络构建设计

李建明，郭红云，牛保臣

河南省辉县市电业局，河南辉县 453600

自动化控制系统无线网络构建设计

李建明，郭红云，牛保臣

河南省辉县市电业局，河南辉县 453600

本文的设计目的是研究建立可靠的自动化系统无线网络，服务工业化流程生产，同时提供扩展接口。本设计充分利用电台通讯特性，为自动化系统在焦炉自动控制建立无线平台。工业级联交换机和245U-E电台是构建的核心。通过对生产线设计安装实例的验证，本套系统在无线网络传输，抗干扰等方面均达到工业生产要求。

.自动化；无线；焦炉ELPRO；245U-E

1 系统选型和构架

基于现代工业生产高性能的要求，依旧使用电缆母线，并拖着电缆实现控制系统与小车的通信已经越来越不可靠了。随着无线电台技术的发展，越来越多的行业开始使用无线电台，因为用无线电台方式实现数据采集、监视与控制，相对于架设专用的电缆或光缆，具有造价低廉、运行可靠、维护方便等优点。2006年安德里兹公司指出：“这种应用环境我一直采用……电台，主要原因是采用高速的以太网无线系统使得有效地防止了撞车的发生，而且使用无线通讯有效的节约了大量的成本，因为我们不再需要母线和卷缆。[1]”设计的目的是为了解决工业化生产中，对自动化无线控制传输平台的需求，以下设计探讨以某钢厂焦炉生产线为应用平台。以四车为设计目标，根据焦炉规模和自动化系统对无线网络的带宽、数据流量的要求，拟为系统配置10台ELPRO公司的245U-E工业级以太网无线接入电台，其中在主站侧配置2台，四大车侧配置8台。

系统的配置示意图如下：

四大车侧每台大车配置1台设为Repeater的245U-E，主站侧的2台245U-E设为Master，2台245U-E Master往上通过工业以太网交换机与冗余PLC控制系统网络连接，往下与四大车控制系统侧的245U-E Repeater进行无线网络通信。

考虑到大车分布在焦炉的两侧和顶部，系统为Master配置了三副天线，通过功率分配器，将两付天线分置于焦炉的两侧，另一付安置于焦炉的顶部，使Master的射频分布可覆盖焦炉的两侧和顶部，确保整个工作区域不产生通信盲区。

主站部分的配置示意图如下：

2 以太网无线接入电台的设置

245U-E Master可以做到在无线以太网高速数据传输（符合802.11b）的基础上，实现电台通讯的冗余。

在本方案中，将2台245U-E Master设置为相同的SSID和不同的CHANNEL，并使用以太网电缆连接这两个245U-E Master，使两台Master提供了在该SSID网内相互冗余的性能。

245U-E Repeater在参数配置时可以选择连接的上级，当运行中该Repeater与连接的上级之间的信号质量低于所预设的参数，该Repeater将根据预先的设定，切换至指定的连接上级，当设有多个可连接上级，该切换将严格地按序进行。这里的连接上级可以是245U-E Master，也有可以是其它的245U-E Repeater电台。

在本方案中，加煤车、推焦车、导焦车的245U-E Repeater将配置为直接连接至245U-E Master，电车的245U-E Repeater将配置为通过导焦车的245U-E Repeater作为中继接至245U-E Master。

3 材料清单

序号 名称 单位数量 规格型号 制造商主站侧1以太网无线接入电台台 2 245U-E通用型 ELPRO 2 三路功率分配器 套 2 PD24-3 ELPRO 3 8dB全向天线 付 6 TQJ-2400B 国产4 7/8”射频电缆 米160 273505 美国安德鲁5 7/8”电缆连接器 个 12 AFA17-4 NM-7/8”L 国产6 7/8”电缆接地线 套 6 卡簧式 国产7 射频跳线 根 2 SMAR plug / N plug 自制8 射频跳线 根12 N plug / N jack 自制9 功率放大器 个 6 LPA-400 台湾10 避雷器 个 6 CA-23RS日本 DIAMOND 11 机箱 台 1 400×210×500 国产12 防水套件 套 2 3M四大车侧1以太网无线接入电台台 8 245U-E ELPRO 2 8dB全向天线 付 8 TQJ-2400B 国产3 7/8”射频电缆 米100 273505 美国安德鲁4 7/8”电缆连接器 个 16 AFA17-4 NM-7/8”L 国产5 7/8”电缆接地线 套 8 卡簧式 国产6 射频跳线 根 8 SMAR plug / N plug 自制7 射频跳线 根 8 N plug / N jack 自制8 避雷器 个 8 CA-23RS日本DIAMOND 9 机箱 台 8 380×210×300 国产10 防水套件 套 3 3M

4 说明

4.1 关于通信路径的设置说明

1）根据目前的天线架设安排，主站天线与加煤车、推焦车、导焦车之间基本上处于可视的状态，所以均可采用直接连接的方式，但电车的通信环境比较复杂，受导焦车位置的影响非常大，特别在导焦车处于天线旁时，将完全挡住与电车之间射频连接的直接路径，所以电车的通信还是采用中继方式更为合适，初步考虑将所有电车设置通信连接至中间的导焦车，通过该导焦车再连接至主站。由于电车与导焦车基本是可视的，理论上两者之间的无线信道质量也应该是能够保证的；

2）为了均衡两台245U-E Master的通信负荷，Master1将作为加煤车和推焦车的主站，Master2将作为导焦车和电车的主站。Master1和Master2互为冗余热备。

4.2 关于天线架设安排的进一步探讨

由于电车位于同一边导焦车的下一个层面，参考上海宝钢公司生产线的天线位置情况，主站天线与电车之间肯定要受到导焦车的遮挡，如果能将该侧的天线架设位置下降至电车的高度，以达到可视的效果，则电车也可以采用直接连接的方式。至于导焦车可以与加煤车共享顶上的天线，或者加装一根天线。这里最大的问题是能否有合适的架设天线的位置，因此本设计在应用时应充分注意到这个问题，本文主要论述自动化控制的无线网络构建，这里就不再深入分析。

[1]华强电子网用户.ProSoft无线电台在起重行业的应用— —ProSoft无线电台应用于安德里兹起重防碰撞系统.华强电子网，2011.

[2]何君，徐益平，陈雪丽，慈文彦.基于ARM9的无线电台网络控制系统的设计与研究[J].电子测量技术，2009.

[3][美]Bruce.A.Fette，等著.认知无线电控制方法[M].赵知劲，郑仕链，尚俊娜，译.科学出版社，2011.

TP39

A

.1674-6708（2011）52-0178-02

李建明，工程师，工作单位：辉县市电业局，长期从事电气自动化控制及数据传输维护工作..........

郭红云，工程师，工作单位：辉县市电业局，长期从事电气设计工作，现主持科技创新研发工作..........

牛保臣，高级工程师，工作单位：辉县市电业局，长期从事电气自动化工程设计与维护工作