邱冬冬

（廣州港股份有限公司新港港務(wù)分公司，廣東廣州 510000）

0 引言

煤炭碼頭的大型設(shè)備如斗輪堆取料機(jī)，需要與地面輸送皮帶協(xié)調(diào)作業(yè)，避免因設(shè)備啟動(dòng)邏輯的先后順序錯(cuò)亂導(dǎo)致物料撒漏。因此港口大型設(shè)備如卸船機(jī)、斗輪堆取料機(jī)作業(yè)運(yùn)行須與地面皮帶運(yùn)行進(jìn)行連鎖保護(hù)，而該功能的完成需要傳輸連鎖信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)作業(yè)連鎖。

1 港口大型設(shè)備通信技術(shù)

1.1 有線通信

港口大型機(jī)械設(shè)備的有線通信一般通過多芯通信電纜實(shí)現(xiàn)，由通信電纜、轉(zhuǎn)盤導(dǎo)向架、電纜轉(zhuǎn)盤、滑環(huán)箱等組成，單機(jī)通信電纜從現(xiàn)場電纜架經(jīng)轉(zhuǎn)盤導(dǎo)向架和電纜轉(zhuǎn)盤，通過滑環(huán)箱與單機(jī)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(qiáng)和穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。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(hù)較為困難等缺點(diǎn)，使得越來越多的港口大型設(shè)備開始通過改造采用無線通信方式。

1.2 數(shù)傳電臺(tái)

數(shù)傳電臺(tái)是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)的簡稱。它是采用數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、具有前向糾錯(cuò)、均衡軟判決等功能的一種無線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)[1]。數(shù)傳電臺(tái)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(shí)時(shí)性好、專用數(shù)據(jù)傳輸通道、一次投資、沒有運(yùn)行使用費(fèi)、適用于惡劣環(huán)境、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在良好的環(huán)境內(nèi)，數(shù)傳電臺(tái)的有效覆蓋半徑約幾十公里[2]。數(shù)傳電臺(tái)通常提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232 數(shù)據(jù)接口，可直接與設(shè)備上的工業(yè)控制裝置連接。由于數(shù)傳電臺(tái)的諸多優(yōu)點(diǎn)，在港口無線通信中廣泛使用。但由于大多數(shù)數(shù)傳電臺(tái)帶寬較低，對(duì)于以太網(wǎng)支持較差，不適合傳輸數(shù)據(jù)量大的內(nèi)容，如視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及智能化等系統(tǒng)。目前港口應(yīng)用較多的數(shù)傳電臺(tái)有美國DATE LINC 系列、GE MDS 系列等數(shù)傳電臺(tái)。

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(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互聯(lián)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備[3]，是為了無線實(shí)施遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多互聯(lián)數(shù)據(jù)傳送而研發(fā)的、在鏈路層中達(dá)成LAN 互聯(lián)的一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)類設(shè)備，主要用在設(shè)備相互間高速、遠(yuǎn)距離的無線組網(wǎng)中，特別適用于帶寬標(biāo)準(zhǔn)較高的視頻類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量大的信號(hào)傳輸[4]。擴(kuò)頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)都可以用來傳輸對(duì)帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號(hào)傳輸業(yè)務(wù)。其在2.4 GHz 和5.8 GHz 頻段免申請(qǐng)無線執(zhí)照，相對(duì)于其他無線通信更容易部署。無線網(wǎng)橋應(yīng)用一般分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、中繼和一對(duì)多等多種模式。由于無線網(wǎng)橋擁有高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，面對(duì)港口大型設(shè)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(yīng)用于港口大型設(shè)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(hù)方便，有取代數(shù)傳電臺(tái)的趨勢。但無線網(wǎng)橋的弱點(diǎn)也很明顯，由于高頻信號(hào)繞射能力差，網(wǎng)橋之間的遮擋會(huì)造成通信信號(hào)丟失，但這個(gè)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(jì)技術(shù)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(jī)（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(yīng)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(shí)與中控樓隔著兩個(gè)堆場以及兩臺(tái)斗輪機(jī)，當(dāng)這兩臺(tái)斗輪機(jī)處于中控樓與SR12 中間位置時(shí)就會(huì)造成遮擋，同時(shí)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(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場條件，為保證信號(hào)傳輸質(zhì)量，滿足無線網(wǎng)橋可視無遮擋的要求，本項(xiàng)目需要在合適的地點(diǎn)增加中繼。根據(jù)現(xiàn)場勘察，決定在SR12 東頭的皮帶轉(zhuǎn)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(cè)無線網(wǎng)橋（含天線）、無線網(wǎng)橋中繼、斗輪機(jī)無線網(wǎng)橋（含天線）、斗輪機(jī)側(cè)通信PLC（西門子S7-200 SMART）、斗輪機(jī)側(cè)主PLC 等硬件組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3 所示。

圖3 通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

斗輪機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給中控室：斗輪機(jī)的主PLC 將傳輸信號(hào)以硬線傳輸?shù)男问街镣ㄐ臥LC（西門子S7-200 SMART）之DI 點(diǎn)；通信PLC 通過以太網(wǎng)將信號(hào)傳輸給斗輪機(jī)端的無線網(wǎng)橋；無線網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)發(fā)給無線網(wǎng)橋中繼，無線網(wǎng)橋中繼再將信號(hào)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P(yáng)LC 再對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼并以DO 點(diǎn)的形式輸出，用硬線的方式傳送至中控下位機(jī)PLC之DI 點(diǎn)，中控上位機(jī)收到斗輪機(jī)的信號(hào)，完成整個(gè)通信流程。中控發(fā)數(shù)據(jù)給斗輪機(jī)采用同樣的方法。

本項(xiàng)目控制器采用西門子S7-200 SMART PLC，它擁有一個(gè)以太網(wǎng)通信網(wǎng)口，且對(duì)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(shè)計(jì)，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(gè)頻段。由于碼頭2.4 GHz 無線設(shè)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(shè)計(jì)

2.2.1 無線網(wǎng)橋設(shè)置

利用Ubnt 自帶管理軟件對(duì)網(wǎng)橋進(jìn)行設(shè)置，電腦連接無線網(wǎng)橋，電腦端用瀏覽器輸入192.168.1.20，進(jìn)入管理軟件。

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

中繼端網(wǎng)橋設(shè)置：無線模式設(shè)置為AP 中繼，WDS 對(duì)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(jī)端網(wǎng)橋設(shè)置：無線網(wǎng)橋模式設(shè)置為：站，然后通過搜尋中繼網(wǎng)橋的信號(hào)，使得斗輪機(jī)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(shè)置一致。

3 個(gè)無線網(wǎng)橋設(shè)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(hào)強(qiáng)度等信息。

2.2.2 西門子S7-200 SMART 設(shè)置

西門子S7-200 SMART 功能較為強(qiáng)大，支持的通信協(xié)議豐富，PLC 程序如圖4 所示，本次直接調(diào)用GET 和PUT 指令，通過以太網(wǎng)連接，實(shí)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(shí)現(xiàn)信號(hào)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(duì)于數(shù)傳電臺(tái)具有造價(jià)低、帶寬高等優(yōu)勢。與有線通信對(duì)比，前期投入低、后期維護(hù)簡單，不會(huì)因線纜使用年限和線纜脫纜而發(fā)生損壞。多個(gè)無線網(wǎng)橋覆蓋整個(gè)碼頭內(nèi)的大型移動(dòng)設(shè)備，有利于提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。同時(shí)無線網(wǎng)橋的冗余性和可擴(kuò)展性使卸船機(jī)和堆料機(jī)控制功能的提升成為可能。

4 結(jié)語

總體來說，無線網(wǎng)橋?qū)τ诟劭诖笮驮O(shè)備通信來說，具有性能穩(wěn)定、維護(hù)便捷、使用簡單、成本低的優(yōu)勢特點(diǎn)，同時(shí)也為現(xiàn)代港口提供了網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化技術(shù)支持。