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        廠外遠(yuǎn)程站無線技術(shù)的應(yīng)用探討

        2014-02-10 18:20:56王川寧
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年5期
        關(guān)鍵詞:無線通訊光纜通訊

        王川寧

        摘 要:根據(jù)現(xiàn)有無線技術(shù)的內(nèi)容,結(jié)合錢清電廠補(bǔ)給水泵房無線應(yīng)用的經(jīng)驗,對常山補(bǔ)給水泵房的無線通訊可行方案進(jìn)行探討。

        關(guān)鍵詞:帶寬;冗余;可靠性 1 引言

        隨著電廠自動化程度的不斷提高,對于遠(yuǎn)程站通常會采取無人值守的運(yùn)行方式。對于遠(yuǎn)距離的控制站的連接,通常的做法是采用敷設(shè)光纜。但由于我方鎧裝光、電纜的埋地未在征地范圍內(nèi),所以經(jīng)常遇到私自開挖的情況,雖然在光纜敷設(shè)期間都會做一定的保護(hù),但還是難免會出現(xiàn)光纜會被挖斷的狀況。

        2 工業(yè)無線通訊現(xiàn)狀

        工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能輕易覆蓋有線網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的地方,具有低成本、低能耗、高靈活性、擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn),已經(jīng)成為繼現(xiàn)場總線后一個新的研究熱點(diǎn)。

        2.1 近場無線通訊(傳輸范圍一般介于10~100m之間):主要有ZigBee、無線HART等協(xié)議;ZigBee使用免執(zhí)照頻段, ZigBee的底層技術(shù)基于IEEE 802.15.4,工作在20~250kbps的速率;主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度等。無線HART是專門為過程自動化設(shè)計的無線協(xié)議,向后兼容HART設(shè)備和應(yīng)用,工作在2.4GHz射頻頻段,采用安全穩(wěn)健的網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);數(shù)據(jù)速率:250KBPS,發(fā)射功率:10dBm。

        2.2 遠(yuǎn)程通訊(傳輸距離在300米以上):電信運(yùn)營商的無線通訊網(wǎng)絡(luò)解決方案,現(xiàn)已發(fā)展到3G時代(包括聯(lián)通WCDMA、移動TD-SCDMA、電信CDMA2000);同時,4G的LTE系列標(biāo)準(zhǔn)也將大規(guī)模應(yīng)用;電信運(yùn)營商基站的可靠性也日益提高,一般采用平均無故障時間(MTBF)達(dá)20年的UPS供電,基站一般配比較有效的防雷擊措施,由雷擊引起故障的機(jī)率比較小。近場無線通訊擴(kuò)展為遠(yuǎn)程通訊方案,ZigBee、無線HART、民用無線通訊(802.11a/b/g/n/ac協(xié)議)都可以通過將信號增益后發(fā)射,從而拓展了通訊距離。

        3 課題探討的內(nèi)容

        常山熱電的補(bǔ)給水泵房設(shè)置在常山港邊,離廠區(qū)圍墻的直線距離接近2公里,需同時敷設(shè)DCS、安防(電子圍欄)、場景監(jiān)視各系統(tǒng)總共四條鎧裝光纜??紤]到這些光纜在同一的敷設(shè)通道內(nèi),被同時順壞的可能性比較大,本課題主要根據(jù)現(xiàn)階段無線技術(shù)的實際情況,定出一個為光纜連通訊提供備用通訊的無線方案。

        常山熱電的控制系統(tǒng)為一體化設(shè)計,均采用愛默生的OVATION DCS系統(tǒng),廠外補(bǔ)給水泵房設(shè)立一個DCS機(jī)柜,通過兩條冗余的100Mbps單模光纖接入BOP DCS網(wǎng)絡(luò)柜。愛默生的Ovation系統(tǒng)支持多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),無線通訊形式可以比較輕松的融入這套系統(tǒng)中。

        常山熱電補(bǔ)給水泵房IO清單

        統(tǒng)計下來現(xiàn)用的IO點(diǎn)數(shù)總共為186點(diǎn),和錢清電廠補(bǔ)給水泵房控制系統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)和類型相近,所以常山補(bǔ)給水泵房控制系統(tǒng)的無線通訊可以借鑒錢清電廠補(bǔ)給水泵房無線方案。

        由于電子圍欄的報警對帶寬的要求不高,而且很多產(chǎn)品都有現(xiàn)成的各運(yùn)營商通訊模塊,可直接添加模塊實現(xiàn)狀態(tài)、報警信號的傳輸。

        補(bǔ)給水泵房的場景監(jiān)視采用8臺720p的高清攝像機(jī),接入就地的硬盤錄像機(jī),對帶寬要求比較高,需要足夠帶寬的無線網(wǎng)絡(luò)做保證。

        3.1 控制、安防與場景監(jiān)視的整體無線設(shè)計

        3.1.1 借用電信運(yùn)營商無線網(wǎng)絡(luò)的方案

        由于場景監(jiān)視720p高清圖像生成的視頻碼率2Mbps左右,已是3G速率2Mbit/s的極限,所以本方案未將場景監(jiān)視考慮在內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場試驗,補(bǔ)給水泵房和廠內(nèi)的電信的3G信號相對較好,所以控制系統(tǒng)以電信的3G信號接入為優(yōu)先考慮。在補(bǔ)給水泵房DCS和化控室各設(shè)置兩臺互為冗余的工業(yè)級3G無線路由器,DCS側(cè)利用OVATION的備用OPC接口,化控室單獨(dú)設(shè)一臺雙網(wǎng)卡操作員站與路由器相連。電子圍欄的通訊添加移動或聯(lián)通通訊模塊,安保室內(nèi)的報警主機(jī)通過同運(yùn)營商的3G網(wǎng)卡接受現(xiàn)場的狀態(tài)、報警信號。

        方案優(yōu)點(diǎn):1、對供電要求不高,無需配備單獨(dú)UPS電源,可借用場景監(jiān)視的UPS電源。2、運(yùn)營商租金費(fèi)用比較低,整體維護(hù)成本比較低。3、VPN網(wǎng)絡(luò)加密性不錯,不容易被破解,安全性可以滿足要求。

        方案問題:1、通過internet連接場內(nèi)的控制系統(tǒng),路由跳躍點(diǎn)較多,在操作員站LCD上的參數(shù)更新和操作都會有輕微的延遲(在現(xiàn)場用電信cdma2000無線網(wǎng)卡測試,數(shù)據(jù)包傳輸?shù)难舆t在5ms以上)。2、與民用無線終端設(shè)備搶帶寬的情況,會出現(xiàn)瞬時的帶寬不足情況,影響控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。3、會受到運(yùn)營商檢修設(shè)備的影響。

        該方案在錢清熱電廠的補(bǔ)給水泵房有實用先例,該泵房采用PLC控制,租用移動GPRS網(wǎng)絡(luò)與廠內(nèi)水網(wǎng)通訊,由于補(bǔ)給水泵房的IO點(diǎn)數(shù)不多,對控制響應(yīng)速度的要求并不高,基本能滿足控制要求。而本方案由于采用了3G網(wǎng)絡(luò),帶寬相比GPRS(114Kbps)有提高,更能提高控制品質(zhì),且為以后增加IO點(diǎn)預(yù)留了帶寬。

        3.1.2 大功率天線方案

        為降低無線傳輸?shù)闹本€距離,廠區(qū)內(nèi)和補(bǔ)給水泵房的無線收發(fā)天線設(shè)在圍墻上??刂葡到y(tǒng):無線收發(fā)天線通過光纜與化控室內(nèi)交換機(jī)連接,操作員站也掛在該交換機(jī)上;在補(bǔ)給水泵房內(nèi),DCS通過一臺OVATION OPC光電轉(zhuǎn)換器,使用光纜與室外的收發(fā)天線連接。安防系統(tǒng):依舊按添加運(yùn)營商模塊的方案執(zhí)行。場景監(jiān)視系統(tǒng):無線收發(fā)天線通過光纜與安保室內(nèi)交換機(jī)連接,視頻監(jiān)控站掛在交換機(jī)上,在補(bǔ)給水泵房內(nèi),場景監(jiān)視的硬盤錄像機(jī)通過光電轉(zhuǎn)換器、光纜與室外的收發(fā)天線連接。為了降低地形對無線通訊的影響,至少選用可在3km距離上維持5Mbps的穩(wěn)定帶寬的大功率天線。為保證控制系統(tǒng)與場景監(jiān)視的無線傳輸互不干擾,控制系統(tǒng)使用2.4G頻率,場景監(jiān)視使用5G頻率。

        方案優(yōu)點(diǎn):1、通訊帶寬高,可以傳輸數(shù)字視頻信號。通訊延遲小,更有利于提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)。2、不受運(yùn)營商檢修設(shè)備的影響。

        方案問題:1、雖然天線布置區(qū)域有避雷措施,但還是有雷擊威脅。2、設(shè)備數(shù)量多,初期投資比較高,同時也增加了維護(hù)成本。3、需要為大功率收發(fā)天線配置單獨(dú)的電源。

        3.2 方案選擇

        從技術(shù)的成熟性和實用性上來考慮,建議選擇借用電信運(yùn)營商無線網(wǎng)絡(luò)的方案,作為原DCS通訊模式的備用方案。此方案簡單易行,建設(shè)和使用成本都不高,以后可以隨著運(yùn)營商技術(shù)的發(fā)展而不斷升級。

        4 結(jié)束語

        雖然無線技術(shù)有不少優(yōu)點(diǎn),但由于其帶寬和可靠性的局限性,還無法大規(guī)模應(yīng)用。但隨著無線技術(shù)在帶寬和抗干擾性技術(shù)上的不斷提高,大規(guī)模應(yīng)用無線技術(shù)的控制系統(tǒng)將會越來越多。

        參考文獻(xiàn)

        [1]鄭慧莉.無線控制技術(shù)在電廠的應(yīng)用[J].電力勘測設(shè)計. 2011(05)

        [2]劉省賢,李斌.基于GSM和Zigbee技術(shù)的無線安防系統(tǒng)研制[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報. 2009(08)

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