羅金
摘要:水廠利用數(shù)傳電臺的無線傳輸功能控制泥位計,具有投資少、開通快、維護簡單、適應性強、擴展性好等優(yōu)點。
關鍵詞:泥位計;無線傳輸
一、方案概述
1、泥位計簡介
西門子妙聲力的InterRanger DPS 300超聲波泥水界面計(以下簡稱“泥位計”)是一個基于微處理器的污泥層厚度檢測系統(tǒng),可以檢測兩個初級澄清池中的泥位。用1或2個非接觸的Echomax XCT—12型超聲波傳感器和先進的回波處理技術(shù)連續(xù)監(jiān)視污泥層的厚度,可以顯著提高生產(chǎn)效率,增加產(chǎn)出量,降低污泥處理的費用。泥位計輸出為4~20mA標準模擬信號。
某水廠現(xiàn)有的多臺排泥車由一套中型PLC在控制室實現(xiàn)遠程控制,電源及控制系統(tǒng)信號通過十六芯滑觸線供給和采集,恒速運行。經(jīng)過對水廠的了解,如果能將泥位計安裝在排泥車上,則可以更好的引導排泥車工作,從而提高排泥效率。
2、采用有線傳輸?shù)娜秉c
由于目前水廠排泥車和控制室之間都是采用滑觸線進行有線通訊,因此也曾考慮在泥位計和控制室之間也采用有線傳輸。但是水廠的滑觸線已經(jīng)不夠用來連接兩端設備,而且六臺排泥車就需要六臺泥位計,由于滑觸線線芯多,與集電器的接觸面積小,而桁車軌距較大,行走過程中可能有一定的左右擺動,會加劇集電器碳刷的磨損和變形,從而易引起碳刷與導線的接觸不良。
3、采用無線傳輸?shù)膬?yōu)點
采用無線傳輸,除不會出現(xiàn)滑觸線遇到的問題外,還具有如下優(yōu)點:
※ 投資少。選用有線通訊方式,需要自己購買并架設電纜,挖掘電纜溝,需要大量的人力和物力;租用電信專線,每月需要分付運行費。而用無線方式傳輸,只需要在終端購置幾個模塊或連接電臺架設天線申請頻率段后即可。
※ 開通快。當遠程站點與主站相互連接距離達到數(shù)公里或以上時,運用有線方式,工程周期可能需要數(shù)個星期。而采用無線傳輸方式,只需要幾天即可。
※ 維護簡單。有線通訊線路的維護需要沿線路檢查,出現(xiàn)故障,一般很難及時找出故障點。而采用無線傳輸,只需要對相應的模塊進行檢查或者維護電臺,能迅速找到原因,即時恢復正常運行。
※ 擴展性好。在用戶組建好一個通訊網(wǎng)絡之后,常常因為系統(tǒng)的需要增加新的設備。若采用有線的方式,需要重新布線,施工比較麻煩,而且有可能破壞原來的通訊線路,但是如果采用無線方式,只需在新增設備上配置模塊或與電臺相連接就可以實行系統(tǒng)的擴充。
二、方案選擇
利用無線通訊方式傳輸信號,目前有兩種主流方法:一種是借用GSM、CDMA等公用信息網(wǎng)傳輸,另一種是建立專用無線傳輸系統(tǒng),利用無線電臺傳輸。其中無線電臺中,又有模擬數(shù)傳電臺和數(shù)字數(shù)傳電臺之分。
方案一:采用GSM公用信息網(wǎng)傳輸。利用移動和聯(lián)通的GSM公網(wǎng)平臺,購買GPRS模塊,二次開發(fā),去當?shù)匾苿踊蚵?lián)通辦理相應手續(xù)使用。
1、GSM通信概述
GSM移動電話通信是我國移動電話通信服務的主要通信網(wǎng)絡,移動網(wǎng)絡除了在商務應用外,工業(yè)應用也越來越受到重視。GSM標準中定義的點-點短消息服務使得短消息能在移動臺和短消息服務中心之間傳遞。這些服務中心是通過稱為SMS- GMSC的特定MSC同GSM網(wǎng)絡聯(lián)系的。
2、GSM 無線通訊模塊的通訊流程是:
第一階段:分布的終端將收集處理的監(jiān)控信息通過GSM/GPRS無線通訊模塊以短消息形式發(fā)往GSM運營商網(wǎng)絡信息中心
第二階段:SM運營商網(wǎng)絡信息中心檢查該信息的目的地,將信息轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。(如目的地未開啟,服務中心將暫時保存該信息,直到目的地設備開啟)
第三階段:目的地無線通訊模塊接收到發(fā)來的信息,交監(jiān)控信息系統(tǒng)的工作站或者服務器進行處理。
具體做法是用戶在配置無線數(shù)據(jù)MODEM和GPRS模塊后,安裝在每臺泥位計上,然后向當?shù)匾苿踊蚵?lián)通申請租用公網(wǎng)平臺,獲得一個靜態(tài)IP地址,通過GSM網(wǎng)絡以SMS(短信息業(yè)務)無線傳遞數(shù)據(jù),同時用戶可以通過在線聯(lián)網(wǎng)實時查看數(shù)據(jù)的傳遞情況。
方案二:采用數(shù)字數(shù)傳電臺進行通訊。
1、數(shù)傳電臺的發(fā)展
建專網(wǎng)簡單地選擇就是用數(shù)傳電臺。數(shù)傳電臺的使用從最早的按鍵電碼、電報到模擬電臺加無線MODEM,發(fā)展到目前數(shù)字電臺和DSP、軟件無線電,傳輸信號從代碼、低速數(shù)據(jù)(300~1200bps)到高速數(shù)據(jù)(N*64K~N*E1),可以傳輸包括遙控遙測數(shù)據(jù)、數(shù)字化語音、動態(tài)圖像等業(yè)務。目前使用的數(shù)據(jù)傳輸電臺,主要有模擬電臺加MODEM、數(shù)字電臺、網(wǎng)絡圖像電臺等。
2、數(shù)字數(shù)傳電臺的特點
數(shù)字式數(shù)傳電臺采用DSP芯片,有信道編碼,前向糾錯功能。它采用了數(shù)字調(diào)制解調(diào)CPFSK、相干解調(diào)、Viterbi譯碼、均衡軟判決等技術(shù),軟件處理增益達7dB。具有如接收場強指示、誤碼統(tǒng)計、告警指示、本地和遠程診斷網(wǎng)管遠程維護功能,傳輸速率達19.2Kbps,收發(fā)轉(zhuǎn)換小于7mS,與各種PLC、RTU、儀表等直接連接,支持MODBUS、Profibus等協(xié)議,可以實現(xiàn)一對多(輪詢方式)和多對一(上報式)傳輸。
方案三:利用模擬數(shù)傳電臺進行通訊。
1、模擬數(shù)傳電臺概述
目前國內(nèi)遙測遙控電臺很多采用所謂的“專業(yè)數(shù)傳電臺”,是由工作于230MHz頻段的模擬調(diào)頻對講收發(fā)信機(即車載式對講機)加MODEM改制而成的。其實,這種方式在國外早已淘汰棄用。220~240MHz頻段是我國無線電管理部門規(guī)劃分配的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務允許使用的頻段之一,工作于該頻段的模擬車載臺有包括美國摩托羅拉、新西蘭大吉、日本日精、日本日立及國內(nèi)(深圳、北京)等公司的產(chǎn)品。
2、模擬數(shù)傳電臺相對于數(shù)字數(shù)傳電臺,有以下優(yōu)缺點:
※優(yōu)點:價格便宜,一般在1000~3000元之間。
※缺點:
不可靠——車載式對講機設計上要求不能連續(xù)發(fā)射,否則燒功放;
作為數(shù)傳臺用時需要配國產(chǎn)調(diào)制解調(diào)器,其器件及工藝較差;
業(yè)余無線電使用技術(shù),對環(huán)境及電源范圍要求較高。
指標低——傳輸速率一般為1200/2400bps,需用綜合測試儀反復調(diào)試才能達到較好的10-6誤碼靈敏度;
誤碼高——單鎖相環(huán)及PTT時延造成收發(fā)轉(zhuǎn)換時間50ms以上,發(fā)射端容易丟掉字頭數(shù)據(jù);
調(diào)頻靜噪尾噪聲(FM SQL tail)造成在接收端出現(xiàn)多余的字符;
無糾錯編碼,受干擾后,數(shù)據(jù)傳輸容易失敗。
無網(wǎng)管——如果數(shù)據(jù)傳不回來或控制不能下達,無法判斷是停電、電源壞、信號差、天饋線不匹配、溫度高還是RTU無數(shù)據(jù)。
比較以上三種方案,方案一要租用公網(wǎng)平臺,要交包括IP地址租用費(靜態(tài)IP)和數(shù)據(jù)流量計費。公眾網(wǎng)面向公眾業(yè)務,信道共用,論次收費,目前發(fā)短信息0.1元/次,在用戶量較大時,容易造成信息阻塞和丟失,不能保證實時收發(fā)信息,有機構(gòu)部門統(tǒng)計過收發(fā)短信息的平均時間是11秒,時間長的達30多分鐘(見2000年 《移動通信》雜志),所以在系統(tǒng)要求覆蓋范圍廣或終端傳輸數(shù)據(jù)量不大的情況下,用公網(wǎng)方式好。方案二和方案三申請專網(wǎng)頻率每年要交適當?shù)馁M用,建專網(wǎng)要向當?shù)責o委會申請一個專用頻率(一般為230MHz頻段),如果不想申請,也可以用2.4GHz頻段擴頻電臺。方案三雖便宜,但可靠性太差,方案二在數(shù)據(jù)量大、實時性要求高、覆蓋范圍低的情況下比較合算。根據(jù)水廠的實際情況,泥位計和中控室距離不過幾百米,并且對數(shù)據(jù)的實時性、可靠性等有要求,因此建議采用建立專網(wǎng),利用數(shù)字數(shù)傳電臺傳輸。
三、方案闡述
根據(jù)水廠的具體情況,列出了如下圖的配置:
注:以上圖中M代表泥位計
在以上的簡略配置圖中,分別就接收端和發(fā)射端給出了兩種選擇。
第一種配置中,中控室接收端,客戶可直接采用三菱的PLC接收電臺傳過來的信號;泥位計發(fā)射端,采用了研華數(shù)據(jù)I/O轉(zhuǎn)換模塊,此模塊可以接收4~20mA模擬信號,但是輸出方式為RS-485,而數(shù)傳電臺僅能以RS-232方式輸入,因此需要加裝轉(zhuǎn)換器,將485輸出轉(zhuǎn)為232輸出。此種配置,理論上很可行,而且可靠性較好。但是這樣配置必須重新考慮泥位計、IO模塊和電臺之間的通信協(xié)議,并且相互之間的軟件很難兼容。
第二種配置中,整體考慮采用RTU(遠程終端模塊)+電臺的方法。在泥位計端用RTU+電臺把信號傳給中控室,在中控室用RTU+電臺把信號接收到以后,再轉(zhuǎn)為模擬信號送給三菱的PLC,這樣就不存在軟件的兼容問題,而且此種配置安裝調(diào)試簡單,所有的指令已經(jīng)集成在RTU中,無需另行編程。
建議用戶采取第二種方法進行配置,發(fā)射端每臺泥位計安裝RTU+電臺,接收端只需一套RTU+電臺即可接收所有信號。
推薦配置:
配置1:
中控室接收端:EL7052型MDS數(shù)傳電臺、PK-25型MDS電臺專用開關穩(wěn)壓電源、CA200A-2型吸盤天線
泥位計發(fā)射端:
EL7052型MDS數(shù)傳電臺、PK-25型MDS電臺專用開關穩(wěn)壓電源、CA200A-2型吸盤天線、LP-2B Plus型避雷器(用于電臺)、V20-C/2型德國OBO電源避雷器、JD-50型避雷器接地銅纜、ADAM4520型研華轉(zhuǎn)換器、ADAM4017型研華I/O模塊
配置2:
中控室接收端:HY120型工業(yè)控制RTU、HY230V型無線數(shù)傳電臺、電臺專用開關穩(wěn)壓電源、玻璃鋼全向天線
泥位計發(fā)射端:HY115型工業(yè)控制RTU、HY230V型無線數(shù)傳電臺、電臺專用開關穩(wěn)壓電源、吸盤天線、日本鉆石避雷器
四、方案總結(jié)
用無線電臺組建專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式,具有投資少、開通快、維護簡單、適應性強、擴展性好等優(yōu)點。模擬數(shù)傳電臺安裝方便,原理簡單,但由于其致命的弱點,現(xiàn)已逐漸被數(shù)字數(shù)傳電臺代替。數(shù)字數(shù)傳電臺以其性能優(yōu)異、傳輸可靠和堅固耐用,已逐步占據(jù)工業(yè)無線通訊的主流方式。公眾網(wǎng)的GSM系統(tǒng)雖然也有覆蓋范圍廣、小區(qū)制多基站、數(shù)據(jù)速率高、信息有效可靠等優(yōu)點,但就該水廠當前的實際情況來看,運用此系統(tǒng)則不是很合理。
泥位計通過無線數(shù)傳電臺進行傳輸,最大的優(yōu)點是擴展性好。水廠建好這個通訊網(wǎng)絡之后,以后可能會因為系統(tǒng)的需要增加新的設備。若仍采用滑觸線這種有線方式,則需要重新布線,施工比較麻煩,而且有可能破壞原來的通訊線路,但是如果采用無線方式,只需在新增設備上配置模塊或與電臺相連接就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的擴充,其方便、快捷的優(yōu)點,十分適合水廠進行后期改造。