利用无线通信系统替代传统电缆通信

摘 要：以电缆作为介质，传播承载信息的电信号，是传统工业控制通信系统设计的基础，这种通信方式有着成本高，排障困难的缺点，因此，人们一直在寻找合适的替代解决方案。

无线通信是近年发展较快和应用较广的技术，本文通过对某电厂技术改造的研究，提出了以无线通信代替传统电缆通信的方案。该方案具有实施灵活简便、系统稳定性好的特点，同时较低的改造成本亦便于推广。

关键词：无线通信；电缆；工业控制通信系统；成本

一、目的

传统工业控制通信系统一般使用电缆作为信号传输介质，建立这样的系统需要完成大量的基建工作（制作电缆通道），支付高昂的原料成本，且建成后升级改造和故障排除均十分困难，这对生产企业来说既难以接受又无可奈何。

本文的研究目的在于尝试设计和建立一种无线工业控制通信系统，在满足工业控制系统通信稳定可靠的情况下，同时具备价格低廉和安装维护简便的特点，以代替传统的电缆通信。

二、案例

某电厂燃料码头现有二台25T桥式抓斗卸船机，自2011年开始，卸船机与输煤集控之间通信故障频发，在卸煤作业中联锁状态时有时无，故障除了影响生产效率外，更对巡检人员的安全构成了威胁。

1.故障分析

（1）电缆线芯受损：由于码头工作环境相对恶劣，电缆保护外壳易老化损坏，此时，卸船机行走所产生的拉力将有部分由电缆线芯承担，线芯因此出现断裂现象，引起故障。

（2）通信终端故障：收发信息的I/O模块跟转换电压用的继电器，在自身损坏或接线不牢的情况下均可能引起故障。

2.改进方法

设计并建立一个基于无线通信技术的工业控制通信系统，新系统不再使用通信电缆及相关的通信终端，故障亦随之消除。

设计系统工作流程如下：使用PLC/上位机采集控制系统中的数据，再利用硬件对该数据进行调制，发射电台将经过调制后的数据以电磁波的形式传播到信号覆盖区域内，指定的电台对其进行接收、解调，最终数据到达目标上位机/PLC处。

根据实际工况，通信系统按照1主站4从站的方式配置，如图1所示；选用了型号为RLXIB-IHN的以太网调制解调器作为电台使用，性能参数见表1。

三、结论

月度维护随机地点测试结果（组图1）：

1.通讯的无线信号强度：

输煤运转楼主站：为信号发送者信号满格，频道带宽为2.4G*2

煤电综合楼从站：SNR=27，信号为 优良

频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M

现有信号下通讯 速率最大150M

数据交换速度为 1～2ms 一次。

#1卸船机从站：SNR=27 ，信号为优良。

频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M

现有信号下通讯 速率最大150M

数据交换速度为 1～2ms 一次，偶尔出现3ms速度。

#2卸船机从站：SNR=30，信号为优良

频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M

现有信号下通讯 速率最大180M

数据交换速度为 1～2ms 一次。

集控室从站：SNR=24，频道带宽为2.4G*2。

与主站通讯标称速度为 110M 。

实际通讯 速率180M

数据交换速度为 1～2ms 一次，偶尔出现3ms速度。

沙角A电厂进行无线通信系统的改造成本约为10万人民币，整个改造周期约为2个月，期间可沿用原通信系统；若更换通信电缆，不计算基建费用，材料成本约为19万人民币，改造周期约为1个半月，期间设备须停运，由此可见，无线通信系统成本更低，施工过程更灵活。

在现场试运的半年时间内（含雷暴、台风等恶劣天气），该系统未出现过通信故障，且在指定区域进行随机抽查得到的信号强度均能达到良好水平，故认为其稳定可靠。

新技术发展成熟从而代替旧技术，是科技发展的普遍规律，凭借着低廉的成本、简便灵活的实施方式，无线通信也将在工业控制领域上逐渐替代电缆通信。

四、经验分享

本次改造的过程总体而言比较顺利，对此本人亦有一些心得，在此分享。

电台位置选择

在为电台选择安装地点时必须考虑周边的地理状况对信号产生的影响，只要仔细留意图1，就可发现电台的选址均在较高且四周无障碍物处，这样可以有效减少信号衰减，增强通信系统的稳定性。

1.硬件兼容性

不同厂家之间的工业控制产品大多存在硬件上不兼容的问题，在购买硬件前应先通过咨询销售方技术人员进行确认，以免出现需额外增加转换器的状况。

2.系统实现方法

只要确定了系统的工作流程，即可利用软硬件进行实现，方法繁多，不一而足，现提供案例中的解决方案以作参考：

（1）此方案选用了OPC软件KEPSERVER及组态软件INTOUCH；

（2）将KEPSERVER及INTOUCH安装至上位机；

（3）使用INTOUCH与本地PLC组态，建立变量表；

使用KEPSERVER与远方PLC连接，再根据上位机的操作，从远方PLC读取数据至变量表中或从变量表中抽取数据写至远程PLC中。

至此即可实现两个控制设备之间的无线通信。

参考文献：

[1]郑祖辉，鲍智良.数字集群移动通信系统[M].北京：机械工业出版社，2002.[

2]王京，姚彦，赵明等.分布式无线通信系统的概念平台[J].电子学报，2002，30（7）：937-940.