维普资讯 http://www.cqvip.com 港口装卸２００７年第４期（总第１７４期） 新沙煤矿码头无线通讯系统的设计和应用 广州港集团新沙港务有限公司 陈 健 广州港集团新沙煤矿系统工艺改造四期工程是 无效应答的次数、重试的次数等。 广州港集团的重点建设项目，此工程是在原有的煤 （５）能对所有设备及通信信道进行故障检测并 矿装卸系统基础上进行的系统扩容，工程主要新增 提供报告。当检测到有故障时，系统应重复若干次 设备包括斗轮堆／取料机３台、装船机２台、皮带机 （重复次数可设定），以确定是临时故障还是永久性 １８条、变电站１座，以及相应的控制与管理系 故障。永久性故障产生警报并记录有关信息。 统等。由于此次改造扩建选址于原装卸系统的外 （６）无线电通讯手段的抗干扰性（多途径传播 缘，新设备距离原控制室较远，若沿用原来的有 干扰、环境噪声干扰、工业环境电火花干扰、同频干 线通讯方式，需要购置和铺设大量的电缆，土建工程 扰）要求。 量很大。考虑到无线通讯产品的成熟和便于维护等 （７）系统的电磁兼容性要求。依据国内或国际 特点，为控制成本，决定采用无线通讯的方式。 相关标准，系统需要提供抗普通工业无线电频率干 １ 通讯系统基本要求和设计 扰和抗电磁干扰的保护措施。 此次需要利用无线通讯实现控制的设备包括２ 通讯系统用于控制中心与各单机间交换数据以 台装船机和３台斗轮机。根据设计思路，在原 及实现对单机的逻辑控制，系统必须拥有能自主选 控制室设立无线中心站，但由于控制室楼层不 择与所有站点通信的最佳永久路径的能力，并且在 够高，与新增设备之间有煤堆和其他设备的阻挡，而 系统出现故障时，能够向控制中心操作人员报警，还 且斗轮机、装船机等设备在回转动作时，单机上的从 能够周期性地检测未使用链路的状况，因此设计必 站天线亦可能被自身的配重遮挡，从而产生通讯盲 须满足以下基本要求： 区而造成通讯的中断，所以需要考虑在系统中心的 （１）数据通讯的实时性要求。控制中心的主站 地理制高点上架设一个备用无线中心站，与原来的 和单机的从站均采用全双工模式，以免去收发转换 局域网通过光纤相连。当某台单机与无线中心站由 时间和发射建立时间。 于遮挡产生通讯中断时，可以立即切换到备用中心 （２）通讯系统和设备的可靠性要求。任何一个 站，再进入到控制系统中。这种配置的优点是可以 信道的故障不应引发其他信道故障。更换发生故障 均衡两个中心站的通讯负载，真正实现无线网络的 的信道设备不需要重启系统，也不应引起任何系统 覆盖。 功能的丢失。 设计网络拓扑结构见图１。 （３）通信系统的误码率应小于１０一。 根据控制系统的逻辑控制要求和数据传输要 （４）系统须提供显示页显示通信参数，包括每 求，中控室需要实现与单机的开关量数据和电子秤 个ＲＴＵ／ＰＬＣ信道和计算机链接信道（正常或备份） 双整型数据的交换。在原系统有线通讯的模式下， 的参数，并须考虑到备份方式工作情况所进行的周 各台单机的开关量是通过硬线连接直接到中控室的 期性测试：通信（包括重试）的次数、有效通信的比 ＰＬＣ模块，电子秤数据以ＭＢ２００总线方式传输；而 例、错误检查的次数、超时错误（没有响应）的次数、 在无线通讯模式下的数据传输方案是，两个中心站 基本配置：扫描仪、打印机、局域网。 等、ＩＥ浏览器、ＣＰＵ ＰＩＩ１００以上、６４ Ｍ内存、１０／１００ 服务器和数字化客户端：中文Ｗｉｎｄｏｗｓ ２００３或 Ｍ网卡（ＭＯＤＥＭ或ＡＳＤＬ）。 Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００、ＧＩＳ平台、Ｏｒａｃｌｅ ９Ｉ以上、ＣＰＵ ＰＩＶ２． ４ ＧＨｚ以上、１Ｇ内存、１５Ｇ硬盘、１０／１００ Ｍ网卡。 陈常华：１０００８８，北京市海淀区西土城路８号 普通客户端：中文Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ或Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００ 收稿日期：２００７—０４—０５ ２９ 维普资讯 http://www.cqvip.com 图ｌ 无线网络拓扑图 和各单机的从站组成无线局域网，所有的数据都通 过数据包的形式发送。 ２ 设备选型和实际应用 根据现场的实际情况，备用中心站的高度应该 与斗轮机的高度相近或高于斗轮机的高度，并且与 控制室的天线有良好的直线可视距离。港区内 高杆灯的高度比较合适，但存在室内室外距离太远， 低损耗电缆比较粗，以及供电、固定等安装上的难 度；而煤场的皮带机转载楼的高度与斗轮机的高度 有一定差距，而且没有楼梯能够到达转运楼的楼顶， 安装起来不太方便。最终确定将设备安装在高度、 位置都比较合适而且安装比较方便的散粮筒仓的分 载楼上。 开始选用美国ＤＡＴＡ—ＬＩＮＣ ＧＲＯＵＰ公司制造的 ２．４ ＧＨｚ无线通讯设备——ｓＲＭ６１００工业级无线电 调制解调器。这是一种串行通讯设备，主要用于带有 ＲＳ一２３２、ＲＳ一４２２、ＲＳ一４８５标准接口的上位机、各种 品牌的ＰＬＣ／ＲＴＵ以及数据终端设备相互之间的无线 电通讯。但是在设备安装完成后进行测试的过程中， 发现数据传输不稳定，存在数据包丢失的问题，对系 统的正常运作有明显的影响，见表１。 通过对比和试验，最终发现问题的关键在于无 线设备本身的传输带宽不够而导致了数据丢失严 重。因为现场与中控需要交换大量的电子秤实时数 据，而ＳＲＭ６１００只有１１５．２ ｋｂｐｓ的传输速率，满足 不了需求。 我们重新选择了以色列ＡＬＶＡＲＩＯＮ公司新系 列的ＤＳ．１１无线室桥。该产品遵循ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂＨＲ标准，空中接口速率达到１１ Ｍｂｐｓ，速率 与有线网接近，完全能够满足实际应用的要求。这 款产品的显著特点是，其结构形式为专为室外长距 ３０ Ｐｏｒｔ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ２００７．Ｎｏ．４（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１７４） 表１ 设备安装完成后的测试数据 时间单位：ｍｓ 计算机直接接至无线主站ＰＩＮＧ各从站ＰＬＣ（５００个包） ＩＰ号 １０５ １０６ １０８ １０９ １１０ 丢失个数０（０％）３４（６％）０（０％）０（０％）４（０％） 响应最短时间 ４９ ５０ ４９ ４９ ５０ 响应最长时间 ９５３ ８３０ １ ５９６ １ ７８６ ９５６ 响应平均时间 ９８ １３９ ９２ １１４ １１２ 判断：各无线链路正常（８５％以上接受属正常） 无线主站接到局域网，从上位机ＰＩＮＧ各从站ＰＬＣ（５００个包） ＩＰ号 １０５ １０６ １０８ １０９ １１０ 丢失个数 １０（２％）２５２（５０％）２２７（４５％）８４（１６％；ｔ６９（３３％） 响应最短时间 ４７ ４７ ４７ ４７ ４７ 响应最长时间１ ４６９ １ ４６９ １ ４６９ １ ４５３ １ ４８５ 响应平均时间 ２４２ ２５８ ２６６ ３１８ ３４１ 判断：各无线链路接人局域网后受局域网严重影响 离应用而设计的室内／室外分体式结构，每个设备都 由室内单元和室外单元两部分组成，室内和室外单 元之间使用便于安装的经济ＵＴＰ电缆，最大长度可 达９０ Ｉｌｌ。室内单元为室外单元提供电源和数据连 接，包含基带接口和前端射频，室外为调制解调单 元，并内置避雷器。这种特别的设计不再需要昂贵 的射频电缆连接无线设备和天线，同时避免了射频 电缆的衰减，增加了设备的传输距离，并具有极高的 接收灵敏度，大大延长了连接距离。通过与同类设 备在相同环境下的对比，发现ＤＳ．１ １的接收信号强 度大于同类产品，而且馈线使用越长，这种差别越 大。在更换设备后，数据包丢失的问题就彻底解决 了。 ． 另外，在港口的工业环境中，需要考虑无线电通 讯手段的抗干扰性和电磁兼容性要求，而ＤＳ．１１运 行于无需许可的２．４ ＧＨｚ频段上，在这一频段，环 境噪声干扰信号的电平是很低的，工业环境电火花 干扰信号的功率谱密度分布微乎其微。此外，无线 通讯的整套装置，从无线电调制解调器本身、电源系 统，到天馈系统，都不会受现场工频电磁场的干扰， 包括变频器污染电磁环境所造成的干扰，尤其适合 港口设备的应用，再加上低成本布线、简单安装、快 速可扩展性以及与现有以太网的无缝集成，共同确 保了此次无线通讯方案成本效率的最大化。 陈健：５２３１４７，广东省东莞市麻涌镇新沙港务有限公司技术部 收稿日期：２００７—０４—１５
