發(fā)布時間：2018-10-13所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:在流程工業(yè)生產(chǎn)中，移動物料計量信息的傳輸普遍采用電臺和無線模塊。接收電臺周圍環(huán)境嚴(yán)重影響計量信息的傳輸效果，尤其是鋼結(jié)構(gòu)廠房、電磁干擾區(qū)內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸過程中的丟包率、誤碼率相當(dāng)嚴(yán)重。本文提出一種多節(jié)點分布式傳輸方法，根據(jù)各個生產(chǎn)作業(yè)區(qū)環(huán)
摘要:在流程工業(yè)生產(chǎn)中，移動物料計量信息的傳輸普遍采用電臺和無線模塊。接收電臺周圍環(huán)境嚴(yán)重影響計量信息的傳輸效果，尤其是鋼結(jié)構(gòu)廠房、電磁干擾區(qū)內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸過程中的丟包率、誤碼率相當(dāng)嚴(yán)重。本文提出一種多節(jié)點分布式傳輸方法，根據(jù)各個生產(chǎn)作業(yè)區(qū)環(huán)境條件設(shè)置相應(yīng)的WIFI節(jié)點數(shù)，實現(xiàn)對作業(yè)區(qū)的無線信號覆蓋。網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)無線模塊、PDA終端(PDA)、終端查詢設(shè)備通過節(jié)點工作頻段和陣列天線自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸最佳化。銅熔煉生產(chǎn)現(xiàn)場測試表明，此種傳輸方法可以有效消除周圍環(huán)境的電磁干擾，數(shù)據(jù)丟包率低于0.1%。
關(guān)鍵詞:分布式傳輸,WIFI節(jié)點,自適應(yīng)調(diào)節(jié),陣列天線,丟包率
移動物料計量是冶金爐窯實現(xiàn)投入產(chǎn)出在線計算和進行金屬平衡計算的前提條件，也是金屬冶煉生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的移動物料計量信息傳輸普遍采用無線電臺接收和無線終端模塊發(fā)射方式。無線電臺經(jīng)過多年發(fā)展，經(jīng)歷從模擬信號調(diào)制向數(shù)字傳輸?shù)难葑冞^程，傳輸速率、安全可靠性有一定的提高。無線電臺可以用于組建通訊點數(shù)不多、傳輸數(shù)據(jù)流量小的無線網(wǎng)絡(luò)〔1-2〕。
由于無線電臺采用無線設(shè)備終端逐一掃描的工作方式，其數(shù)據(jù)傳輸實時性不高。同時無線電臺占用特定通訊頻段，須向無線電管理委員會申請批準(zhǔn)后方可架設(shè)。接收電臺周圍環(huán)境嚴(yán)重影響計量信息的傳輸效果，在電磁輻射國標(biāo)許可范圍內(nèi)，尤其是鋼結(jié)構(gòu)廠房、電爐、轉(zhuǎn)爐、閃速熔煉等高溫冶金爐窯聚集區(qū)，數(shù)據(jù)傳輸過程中的丟包率、誤碼率相當(dāng)嚴(yán)重。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，性價比高、環(huán)境適應(yīng)性強、綠色環(huán)保的分布式多節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將成為今后各大生產(chǎn)企業(yè)移動物料信息傳輸?shù)闹髁鳎⒆罱K取代傳統(tǒng)集中式無線電臺傳輸模式〔1〕。
1關(guān)鍵技術(shù)問題
基于WIFI無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的移動物料信息計量系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)信息采集協(xié)議解析與封裝、數(shù)據(jù)傳輸鏈路系統(tǒng)構(gòu)建、無線節(jié)點陣列天線自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法、復(fù)雜電磁環(huán)境下的調(diào)頻抗干擾算法，通過各個節(jié)點感知的覆蓋區(qū)內(nèi)移動終端射頻信號的強度和周圍環(huán)境電磁輻射分布特性，強制移動終端在節(jié)點之間主動切換漫游，及時調(diào)節(jié)信號載波頻段和節(jié)點陣列天線的方向選擇，最大限度降低環(huán)境電磁干擾對計量信息傳輸過程造成的影響〔3-4〕。
1.1數(shù)據(jù)傳輸鏈路
中間物料轉(zhuǎn)運是冶金生產(chǎn)過程中不可缺少的步驟，為及時統(tǒng)計爐窯投入產(chǎn)出情況，為配料操作提供決策支持，移動物料的數(shù)據(jù)信息傳輸非常重要。為實現(xiàn)移動車輛的數(shù)據(jù)信息WIFI無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下穩(wěn)定可靠傳輸，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)功能流向不同將無線節(jié)點劃分為3路VLan進行軟件隔離。
PDA移動終端與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫采用數(shù)據(jù)同步更新模式，PDA移動終端的應(yīng)用程序獲取車載移動物料的計量數(shù)據(jù)后啟動SQLServerMobile客戶端代理將數(shù)據(jù)記錄暫存至本地數(shù)據(jù)庫，同時啟動SQLServerClient引擎將暫存至本地數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)記錄通過VLan1業(yè)務(wù)鏈路同步更新至遠程數(shù)據(jù)服務(wù)器，在完成同步更新操作后刪除本地數(shù)據(jù)庫記錄。
車載終端應(yīng)用程序?qū)碜杂谝苿游锪戏Q重設(shè)備RS232端口的數(shù)據(jù)依據(jù)約定的協(xié)議編碼規(guī)則進行解析獲取計量數(shù)據(jù)信息，按照生產(chǎn)要求對數(shù)據(jù)進行處理，經(jīng)操作人員選定后形成數(shù)據(jù)操作記錄，啟動數(shù)據(jù)庫ADO對象引擎并進行遠程數(shù)據(jù)庫連接初始化，將當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄通過VLan2業(yè)務(wù)鏈路采用http協(xié)議插入到遠程數(shù)據(jù)庫指定的數(shù)據(jù)表內(nèi)。
終端查詢應(yīng)用程序通過查詢輸入輸出接口指定查詢爐號和爐次，終端查詢系統(tǒng)定義并初始化SQLOLEDB動態(tài)鏈接庫，同時啟動數(shù)據(jù)庫ADO對象引擎并進行遠程數(shù)據(jù)連接初始化，在遠程服務(wù)器端執(zhí)行對象的查詢更新操作。當(dāng)前爐次的最終查詢結(jié)果輸出到DCS控制系統(tǒng)，為爐窯在線自動配料提供數(shù)據(jù)支持。
1.2陣列天線自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法
移動物料在環(huán)境復(fù)雜的多節(jié)點WIFI無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)移動轉(zhuǎn)運時，為達到計量數(shù)據(jù)信息傳輸最優(yōu)，物料轉(zhuǎn)運車輛和PDA移動終端必然在覆蓋區(qū)內(nèi)多個節(jié)點間進行漫游，同時為實現(xiàn)同一節(jié)點不同移動終端及轉(zhuǎn)運車輛射頻信號分配合理，節(jié)點陣列天線需根據(jù)其覆蓋區(qū)內(nèi)的移動終端PDA和車輛數(shù)量自動調(diào)節(jié)陣列天線指向角和分配每個終端對應(yīng)的天線數(shù)量〔5〕。
覆蓋區(qū)內(nèi)每個數(shù)據(jù)中繼站分布的終端數(shù)量Qi，主動漫游閾值θ，選擇數(shù)據(jù)傳輸路徑Ri;根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸路徑Ri，調(diào)整陣列天線方位αi，k、數(shù)量Pi和射頻發(fā)射功率RFi;實時更新系統(tǒng)狀態(tài)，根據(jù)終端在覆蓋區(qū)的空間位置狀況、障礙物分布、各數(shù)據(jù)中繼站接收到的終端射頻信號強度IREC，調(diào)整參數(shù)信息，重新規(guī)劃數(shù)據(jù)傳輸路徑。
2實施工程案例
以金川集團公司銅冶煉廠一熔煉車間實際工程實施為例說明〔8-9〕，該車間廠房空間為450m×25m，車間廠房內(nèi)共有1臺銅合成爐(閃速熔煉+電極貧化區(qū))、7臺轉(zhuǎn)爐、4臺電爐、2臺陽極爐，廠房內(nèi)高溫高粉塵，由于受電爐和銅合成爐貧化區(qū)電極以及動力系統(tǒng)變壓器影響，電磁干擾極大，致使手機無法正常通訊。
本項目采用分布式無線通訊模式對車間內(nèi)移動物料進行在線計量，在車間廠房頂部和爐后共架設(shè)6個通訊節(jié)點、5個終端模塊、6臺PDA終端、6套終端查詢系統(tǒng)、1臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過光纖接入網(wǎng)絡(luò)交換機，PDA終端、無線模塊和查詢終端通過無線TCP/IP進行數(shù)據(jù)交互，由調(diào)度室的無線網(wǎng)絡(luò)控制器統(tǒng)一進行調(diào)度管理和資源實時分配。
網(wǎng)絡(luò)控制器通過交換機對進入覆蓋區(qū)內(nèi)的所有授權(quán)查詢終端、手持PDA、無線模塊及控制節(jié)點進行實時定位、網(wǎng)絡(luò)地址動態(tài)分配、被動漫游閾值調(diào)整、信息傳輸管理。本例采用雙通訊鏈路冗余傳輸模式，一路由計量主機相連的無線模塊經(jīng)由節(jié)點直接至遠程數(shù)據(jù)服務(wù)器，另一路由無線模塊經(jīng)由節(jié)點發(fā)送至PDA終端，再通過節(jié)點傳輸至遠程數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器部署SQLServer2005企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，查詢終端運行WinCE5.0系統(tǒng)，PDA終端運行Mobile6.0系統(tǒng)。
為提高設(shè)備的運行效率和查詢速度，查詢終端和PDA終端均部署輕量級SQLCE4.0數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)場查詢終端和PDA設(shè)備數(shù)據(jù)記錄的存儲和查詢由SQLCE與遠程SQLServer采用“PULL”、“PUSH”模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時同步更新。PDA主要對稱重計量數(shù)據(jù)進行檢斤、標(biāo)識物料來源及去向，形成計量記錄。查詢終端主要檢索遠程數(shù)據(jù)庫記錄，提取所需信息，對爐況狀態(tài)進行跟蹤，為冶金爐窯配料提供決策指導(dǎo)。
3應(yīng)用效果
移動物料計量信息分布式冗余傳輸算法解決了復(fù)雜環(huán)境下的無線數(shù)據(jù)傳輸問題，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性和可靠性，在電磁信號污染達40%以上時，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)場應(yīng)用情況表明功能完善，操作方便。
4結(jié)論
移動物料信息分布式傳輸系統(tǒng)融合物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，與集中式電臺傳輸系統(tǒng)相比，具有綠色環(huán)保、傳輸帶寬高、數(shù)據(jù)吞吐量大、數(shù)據(jù)實時性強、可靠穩(wěn)定等特點，系統(tǒng)性價比高，方便組網(wǎng)，是新一代工業(yè)領(lǐng)域移動數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)發(fā)展的趨勢。
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