無線傳輸模塊在企業(yè)中的應(yīng)用

張晉華

摘 要：目前國內(nèi)一些企業(yè)開始做設(shè)備、能源、消防、安全等在線管理，能源的節(jié)約和分析、設(shè)備控制、消防安全的管理及時(shí)性都需要大量數(shù)據(jù)的做支撐，數(shù)據(jù)的完善和準(zhǔn)確性成了制約系統(tǒng)前進(jìn)的一個(gè)關(guān)鍵因素。但是新建廠房甚至在一些偏老舊的工業(yè)廠區(qū)，要實(shí)現(xiàn)大批量的數(shù)據(jù)上傳還是比較不方便。于是我們提出了一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議的低頻半雙工 LoRa 數(shù)傳終端設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的使用，完美的解決了一定區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)的上傳，并且替代了之前應(yīng)用比較多了DTU（SIM卡無線模塊）。

關(guān)鍵詞：DTU；LoRa ；無線傳輸；能源管理；智能化；效益

1 概述

USR-LG207-L是一款支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議的低頻半雙工LoRa數(shù)據(jù)終端，可實(shí)現(xiàn)串口和LoRa轉(zhuǎn)通信。在數(shù)據(jù)無線傳輸方面起到了關(guān)鍵性作用，一部分已經(jīng)替代了原來比較傳統(tǒng)的插卡式DTU，后期維護(hù)費(fèi)用少，操作簡(jiǎn)單實(shí)用。

2方案設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)組成

表現(xiàn)層上位機(jī)軟件開發(fā)、傳輸層光纜敷設(shè)、數(shù)據(jù)采集層USR-540串口服務(wù)器和接收方USR-LG207-L安裝以及儀表端發(fā)送信號(hào)USR-LG207-L的安裝。

2.2 數(shù)據(jù)采集層

2.2.1發(fā)射終端配置

USR-LG207-L 是一個(gè)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信協(xié)議的低頻半雙工 LoRa 串口 LoRa 數(shù)傳終端，工作的頻段為：410～441Mhz。使用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，降低了無線應(yīng)用的門檻，可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一或者一對(duì)多的通信。LoRa

具有功率密度集中，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，LoRa 數(shù)傳終端通訊距離可達(dá) 8000m（空曠視距，晴朗天氣，天線增益 5dBi，天線放置高度大于 2m，0.268K 空中速率）。

現(xiàn)場(chǎng)儀表、設(shè)備需要通過無線采集，就需要每一個(gè)采集終端配置一個(gè)無線采集模塊USR-LG207-L，一個(gè)采集終端USR-LG207-L可以采集N個(gè)無線發(fā)射模塊USR-LG207-L。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊發(fā)送方和接收方需滿足 3 個(gè)條件：

速率等級(jí)相同（spd）；

信道一致（ch）；

目標(biāo)地址相同（addr）或?yàn)閺V播地址（65535）。

發(fā)射終端A和發(fā)射終端B需要跟接收終端B（可以是N個(gè)終端）配置成一樣，這樣算一個(gè)組合，只要數(shù)據(jù)通訊協(xié)議一樣都可以用一個(gè)采集終端采集，但是如果發(fā)射終端的協(xié)議不一樣，就需要在接收終端另外再增加一組接收終端。

2.2.2 采集終端配置

發(fā)射終端是比較零散的設(shè)備或者儀表，接收終端可以是光纜層的末端或者在服務(wù)器端配合LG207使用。LG207將接收回的信息傳回同一個(gè)串口，在接收端需要加裝一個(gè)串口服務(wù)器來接收LG207傳回的信息。一般配合LG207使用的是USR-N540，四個(gè)端口可以同時(shí)獨(dú)立工作，互不影響，支持 ModbusRTU 轉(zhuǎn) ModbusTCP，通過端口號(hào)區(qū)分與哪個(gè)串口關(guān)聯(lián)（N540 設(shè)置串口模式可以通過網(wǎng)頁和撥碼開關(guān)設(shè)置，當(dāng)網(wǎng)頁設(shè)撥碼開關(guān)模式時(shí)，撥碼開關(guān)起作用，當(dāng)網(wǎng)頁設(shè)置串口為制定模式時(shí)，網(wǎng)頁起作用，網(wǎng)頁優(yōu)先級(jí)高于撥碼開關(guān)），可以分別接收不同通信協(xié)議的儀表設(shè)備數(shù)據(jù)。

2.3傳輸層光纜光纜敷設(shè)

工業(yè)專網(wǎng)光纜敷設(shè)要符合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)要求，在廠區(qū)內(nèi)避免與公司內(nèi)網(wǎng)混亂，信號(hào)串?dāng)_小、保密性能好，抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳，電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長。一般都會(huì)設(shè)置專門的網(wǎng)段，有些實(shí)時(shí)性要求比較高的設(shè)備，比如遠(yuǎn)程空壓機(jī)的啟停、遠(yuǎn)程電動(dòng)閥門的開閉等，使用光纜傳輸更穩(wěn)定，另外一個(gè)是為了方便現(xiàn)場(chǎng)端口的擴(kuò)展。

2.4表現(xiàn)層上位機(jī)軟件的開發(fā)

上位機(jī)軟件沒有什么特定要求，有些需要根據(jù)行業(yè)選擇組態(tài)軟件類型，行業(yè)沒有特別要求的，組態(tài)王、力控這些組態(tài)軟件應(yīng)用比較廣泛，以下工程以力控為例。

2.4.1 虛擬串口建立

服務(wù)器端組態(tài)軟件如果建立的是MODBUS RTU設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)的N540配置好后（配置成透?jìng)髂Ｊ剑?，服?wù)器端或上位機(jī)端要想和現(xiàn)場(chǎng)下位機(jī)和設(shè)備儀表通信，需要建立虛擬串口，服務(wù)器通過虛擬串口和配置的通道訪問下位機(jī)儀表和設(shè)備，如果服務(wù)器端組態(tài)軟件建立的是MODBUS TCP設(shè)備，那么在N540上工作方式需要配置成MODBUS TCP，工程下發(fā)信息時(shí)把 MODBUS TCP格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MODBUS RTU格式數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備建立連接。

2.4.2 IO設(shè)備組態(tài)建立

上位機(jī)組態(tài)軟件要想和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備建立聯(lián)系，需要先建立IO設(shè)備組態(tài)，各種行業(yè)設(shè)備有時(shí)候通信協(xié)議不一樣，一般通用的設(shè)備會(huì)使用標(biāo)準(zhǔn)MODBUS，如果是串口通信就選擇MODBUS RTU，如果是網(wǎng)絡(luò)通信就選擇MODBUS TCP。但是有些設(shè)備，如電表有自己協(xié)議（DLT645協(xié)議），流量計(jì)廠家有時(shí)候配有自己開發(fā)的不通用協(xié)議，這個(gè)需要根據(jù)實(shí)際情況具體辨別。IO組態(tài)建立過程中會(huì)涉及到設(shè)備的一些特有參數(shù)，比如設(shè)備地址、波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位等，IO 建立時(shí)需要管理建立的虛擬串口才能訪問現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備。

2.4.3 數(shù)據(jù)庫組態(tài)建立

在IO組態(tài)建立完成后，需要建立在組態(tài)工程中用到的數(shù)據(jù)庫組態(tài)，在實(shí)際的畫面、報(bào)表以及曲線中用到的全局變量和中間變量變量都是在這里建設(shè)。變量建設(shè)過程中關(guān)聯(lián)IO組態(tài)中的設(shè)備，這樣采集到的數(shù)據(jù)實(shí)際傳送到了每一個(gè)變量中，具體的變量也就有了實(shí)際的數(shù)值和意義。

2.4.4 畫面報(bào)表建立

畫面和報(bào)表是組態(tài)中數(shù)據(jù)的載體，可以實(shí)時(shí)展現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)儀表或設(shè)備采集回的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，圖表展示都是依靠這一步最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)展開。報(bào)表曲線幫助用戶分析實(shí)時(shí)用能或設(shè)備的歷史情況、實(shí)時(shí)情況、給用戶提供了儀表設(shè)備分析的抓手，給能源節(jié)約和設(shè)備高效合理的工作提供了可能性。

3方案效果

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的低頻半雙工 LoRa 數(shù)傳終端有效的擺脫了有線或SIM卡DTU的限制，可以讓儀表采集更方便，安裝更隨意，保證了數(shù)據(jù)密度才能給管理提供更有力的保證。

方案的設(shè)計(jì)是突出管控，基于生產(chǎn)設(shè)備、能源儀表、互聯(lián)網(wǎng)、面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，集數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、超標(biāo)報(bào)警、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)為一體。緊抓影響生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從而為精益制造的實(shí)現(xiàn)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐和管理抓手。通過生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行過程中的各類現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析，精準(zhǔn)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

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