無線網(wǎng)橋在港口大型設備連鎖保護中的應用

邱冬冬

（廣州港股份有限公司新港港務分公司，廣東廣州 510000）

0 引言

煤炭碼頭的大型設備如斗輪堆取料機，需要與地面輸送皮帶協(xié)調作業(yè)，避免因設備啟動邏輯的先后順序錯亂導致物料撒漏。因此港口大型設備如卸船機、斗輪堆取料機作業(yè)運行須與地面皮帶運行進行連鎖保護，而該功能的完成需要傳輸連鎖信號進行邏輯判斷，實現(xiàn)作業(yè)連鎖。

1 港口大型設備通信技術

1.1 有線通信

港口大型機械設備的有線通信一般通過多芯通信電纜實現(xiàn)，由通信電纜、轉盤導向架、電纜轉盤、滑環(huán)箱等組成，單機通信電纜從現(xiàn)場電纜架經(jīng)轉盤導向架和電纜轉盤，通過滑環(huán)箱與單機通信電纜連接起來。由于采用物理連接的通信方式，有線通信有著抗干擾能力強和穩(wěn)定性強的優(yōu)點。但由于有線通信投入成本高、通信電纜使用過程中容易老化斷芯造成通心中斷、滑環(huán)箱維護較為困難等缺點，使得越來越多的港口大型設備開始通過改造采用無線通信方式。

1.2 數(shù)傳電臺

數(shù)傳電臺是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的簡稱。它是采用數(shù)字信號處理、數(shù)字調制解調、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的一種無線數(shù)據(jù)傳輸電臺[1]。數(shù)傳電臺的工作頻率大多使用220～240 MHz、400～470 MHz 頻段以及2.4 GHz 頻段，具有數(shù)話兼容、數(shù)據(jù)傳輸實時性好、專用數(shù)據(jù)傳輸通道、一次投資、沒有運行使用費、適用于惡劣環(huán)境、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。在良好的環(huán)境內，數(shù)傳電臺的有效覆蓋半徑約幾十公里[2]。數(shù)傳電臺通常提供標準的RS-232 數(shù)據(jù)接口，可直接與設備上的工業(yè)控制裝置連接。由于數(shù)傳電臺的諸多優(yōu)點，在港口無線通信中廣泛使用。但由于大多數(shù)數(shù)傳電臺帶寬較低，對于以太網(wǎng)支持較差，不適合傳輸數(shù)據(jù)量大的內容，如視頻監(jiān)控、遠程監(jiān)控以及智能化等系統(tǒng)。目前港口應用較多的數(shù)傳電臺有美國DATE LINC 系列、GE MDS 系列等數(shù)傳電臺。

1.3 無線網(wǎng)橋

無線網(wǎng)橋是橋接器，它是一種在鏈路層實現(xiàn)局域網(wǎng)互聯(lián)的存儲轉發(fā)設備[3]，是為了無線實施遠距離點對點和點對多互聯(lián)數(shù)據(jù)傳送而研發(fā)的、在鏈路層中達成LAN 互聯(lián)的一種存儲轉發(fā)類設備，主要用在設備相互間高速、遠距離的無線組網(wǎng)中，特別適用于帶寬標準較高的視頻類監(jiān)控數(shù)據(jù)量大的信號傳輸[4]。擴頻微波和無線網(wǎng)橋技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務。其在2.4 GHz 和5.8 GHz 頻段免申請無線執(zhí)照，相對于其他無線通信更容易部署。無線網(wǎng)橋應用一般分為點對點、中繼和一對多等多種模式。由于無線網(wǎng)橋擁有高帶寬、擴展性強等特點，面對港口大型設備日益增長的傳輸數(shù)據(jù)量，無線網(wǎng)橋開始大規(guī)模應用于港口大型設備的無線通信傳輸。而且無線網(wǎng)橋成本低、組網(wǎng)部署容易、前期投入低、后期維護方便，有取代數(shù)傳電臺的趨勢。但無線網(wǎng)橋的弱點也很明顯，由于高頻信號繞射能力差，網(wǎng)橋之間的遮擋會造成通信信號丟失，但這個問題可以通過增加無線中繼得到解決。

2 基于無線網(wǎng)橋的無線通信系統(tǒng)

廣州港西基碼頭地處珠江三角洲的中心地帶，位于廣州經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)墩頭基，是華南地區(qū)最大的現(xiàn)代化煤炭裝卸專業(yè)碼頭之一。本次以西基碼頭12#斗輪堆取料機（簡稱SR12）和中控樓之間的通信為例，探討無線網(wǎng)橋在港口大型通信連鎖中的應用。

SR12 分布位置及行走路徑如圖1 所示，SR12 位于西基碼頭堆場中部，與中控樓的距離約500 m，同時與中控樓隔著兩個堆場以及兩臺斗輪機，當這兩臺斗輪機處于中控樓與SR12 中間位置時就會造成遮擋，同時堆場的煤堆也可能造成遮擋。

圖1 SR12 分布位置

2.1 無線網(wǎng)橋系統(tǒng)設計

根據(jù)現(xiàn)場條件，為保證信號傳輸質量，滿足無線網(wǎng)橋可視無遮擋的要求，本項目需要在合適的地點增加中繼。根據(jù)現(xiàn)場勘察，決定在SR12 東頭的皮帶轉接房安裝無線網(wǎng)橋中繼。無線網(wǎng)橋中繼位置以及SR12 與中控樓的傳輸路徑如圖2所示。

圖2 無線網(wǎng)橋中繼位置以及SR12 與中控樓的傳輸路徑

無線網(wǎng)橋通信系統(tǒng)主要由中控下位PLC、中控通信PLC（西門子S7-200 SMART）、中控側無線網(wǎng)橋（含天線）、無線網(wǎng)橋中繼、斗輪機無線網(wǎng)橋（含天線）、斗輪機側通信PLC（西門子S7-200 SMART）、斗輪機側主PLC 等硬件組成，其網(wǎng)絡拓撲圖如圖3 所示。

圖3 通信網(wǎng)絡拓撲圖

斗輪機發(fā)送數(shù)據(jù)給中控室：斗輪機的主PLC 將傳輸信號以硬線傳輸?shù)男问街镣ㄐ臥LC（西門子S7-200 SMART）之DI 點；通信PLC 通過以太網(wǎng)將信號傳輸給斗輪機端的無線網(wǎng)橋；無線網(wǎng)橋將數(shù)據(jù)發(fā)給無線網(wǎng)橋中繼，無線網(wǎng)橋中繼再將信號傳輸至中控端無線網(wǎng)橋；中控端無線網(wǎng)橋接收后通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳給中控端的通信PLC（西門子S7-200 SMART）；該PLC 再對傳輸數(shù)據(jù)進行解碼并以DO 點的形式輸出，用硬線的方式傳送至中控下位機PLC之DI 點，中控上位機收到斗輪機的信號，完成整個通信流程。中控發(fā)數(shù)據(jù)給斗輪機采用同樣的方法。

本項目控制器采用西門子S7-200 SMART PLC，它擁有一個以太網(wǎng)通信網(wǎng)口，且對以太網(wǎng)通信有著友好的支持。無線網(wǎng)橋采有Ubnt Rocket 系列無線網(wǎng)橋，該系列網(wǎng)橋具有IP67 的防水防塵設計，性能穩(wěn)定，滿足散貨碼頭惡劣的工作環(huán)境，支持2.4 GHz 和5 GHz 兩個頻段。由于碼頭2.4 GHz 無線設備較多，為了避免過多的干擾，采用5.8 GHz 頻段。

2.2 無線網(wǎng)橋系統(tǒng)軟件設計

2.2.1 無線網(wǎng)橋設置

利用Ubnt 自帶管理軟件對網(wǎng)橋進行設置，電腦連接無線網(wǎng)橋，電腦端用瀏覽器輸入192.168.1.20，進入管理軟件。

中控端網(wǎng)橋設置：無線模式設置為AP，并設置ssid、天線、輸出功率等參數(shù)。

中繼端網(wǎng)橋設置：無線模式設置為AP 中繼，WDS 對等填寫AP 網(wǎng)橋的物理地址，其他參數(shù)與AP 網(wǎng)橋一致。

斗輪機端網(wǎng)橋設置：無線網(wǎng)橋模式設置為：站，然后通過搜尋中繼網(wǎng)橋的信號，使得斗輪機網(wǎng)橋連接上中繼端網(wǎng)橋，并鎖定到中繼網(wǎng)橋上。其他參數(shù)與中控端網(wǎng)橋設置一致。

3 個無線網(wǎng)橋設置完成后，通過無線網(wǎng)橋管理軟件觀察無線網(wǎng)橋的連接狀態(tài)、信號強度等信息。

2.2.2 西門子S7-200 SMART 設置

西門子S7-200 SMART 功能較為強大，支持的通信協(xié)議豐富，PLC 程序如圖4 所示，本次直接調用GET 和PUT 指令，通過以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)S7 200 SMART CPU 之間通信，使用NET_EXE 子程序用于初始化GET/PUT 操作的執(zhí)行。并通過PLC 中間寄存器與輸出和輸出寄存器的交互，實現(xiàn)信號的輸入和輸出。

圖4 PLC 部分程序

3 使用效果

無線網(wǎng)橋相對于數(shù)傳電臺具有造價低、帶寬高等優(yōu)勢。與有線通信對比，前期投入低、后期維護簡單，不會因線纜使用年限和線纜脫纜而發(fā)生損壞。多個無線網(wǎng)橋覆蓋整個碼頭內的大型移動設備，有利于提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。同時無線網(wǎng)橋的冗余性和可擴展性使卸船機和堆料機控制功能的提升成為可能。

4 結語

總體來說，無線網(wǎng)橋對于港口大型設備通信來說，具有性能穩(wěn)定、維護便捷、使用簡單、成本低的優(yōu)勢特點，同時也為現(xiàn)代港口提供了網(wǎng)絡化、信息化、智能化技術支持。