發(fā)布時(shí)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(dòng)物料計(jì)量信息的傳輸普遍采用電臺(tái)和無(wú)線模塊。接收電臺(tái)周圍環(huán)境嚴(yán)重影響計(jì)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(guò)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(diǎn)分布式傳輸方法，根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)環(huán)
摘要:在流程工業(yè)生產(chǎn)中，移動(dòng)物料計(jì)量信息的傳輸普遍采用電臺(tái)和無(wú)線模塊。接收電臺(tái)周圍環(huán)境嚴(yán)重影響計(jì)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(guò)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(diǎn)分布式傳輸方法，根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)環(huán)境條件設(shè)置相應(yīng)的WIFI節(jié)點(diǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)區(qū)的無(wú)線信號(hào)覆蓋。網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)無(wú)線模塊、PDA終端(PDA)、終端查詢?cè)O(shè)備通過(guò)節(jié)點(diǎn)工作頻段和陣列天線自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸最佳化。銅熔煉生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(diǎn),自適應(yīng)調(diào)節(jié),陣列天線,丟包率
移動(dòng)物料計(jì)量是冶金爐窯實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出在線計(jì)算和進(jìn)行金屬平衡計(jì)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(dòng)物料計(jì)量信息傳輸普遍采用無(wú)線電臺(tái)接收和無(wú)線終端模塊發(fā)射方式。無(wú)線電臺(tái)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，經(jīng)歷從模擬信號(hào)調(diào)制向數(shù)字傳輸?shù)难葑冞^(guò)程，傳輸速率、安全可靠性有一定的提高。無(wú)線電臺(tái)可以用于組建通訊點(diǎn)數(shù)不多、傳輸數(shù)據(jù)流量小的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)〔1-2〕。
由于無(wú)線電臺(tái)采用無(wú)線設(shè)備終端逐一掃描的工作方式，其數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性不高。同時(shí)無(wú)線電臺(tái)占用特定通訊頻段，須向無(wú)線電管理委員會(huì)申請(qǐng)批準(zhǔn)后方可架設(shè)。接收電臺(tái)周圍環(huán)境嚴(yán)重影響計(jì)量信息的傳輸效果，在電磁輻射國(guó)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(guò)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(jià)比高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、綠色環(huán)保的分布式多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將成為今后各大生產(chǎn)企業(yè)移動(dòng)物料信息傳輸?shù)闹髁鳎⒆罱K取代傳統(tǒng)集中式無(wú)線電臺(tái)傳輸模式〔1〕。
1關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
基于WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的移動(dòng)物料信息計(jì)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(wú)線節(jié)點(diǎn)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(guò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)感知的覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)終端射頻信號(hào)的強(qiáng)度和周圍環(huán)境電磁輻射分布特性，強(qiáng)制移動(dòng)終端在節(jié)點(diǎn)之間主動(dòng)切換漫游，及時(shí)調(diào)節(jié)信號(hào)載波頻段和節(jié)點(diǎn)陣列天線的方向選擇，最大限度降低環(huán)境電磁干擾對(duì)計(jì)量信息傳輸過(guò)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(yùn)是冶金生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的步驟，為及時(shí)統(tǒng)計(jì)爐窯投入產(chǎn)出情況，為配料操作提供決策支持，移動(dòng)物料的數(shù)據(jù)信息傳輸非常重要。為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)車輛的數(shù)據(jù)信息WIFI無(wú)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(wú)線節(jié)點(diǎn)劃分為3路VLan進(jìn)行軟件隔離。
PDA移動(dòng)終端與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)采用數(shù)據(jù)同步更新模式，PDA移動(dòng)終端的應(yīng)用程序獲取車載移動(dòng)物料的計(jì)量數(shù)據(jù)后啟動(dòng)SQLServerMobile客戶端代理將數(shù)據(jù)記錄暫存至本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)啟動(dòng)SQLServerClient引擎將暫存至本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)記錄通過(guò)VLan1業(yè)務(wù)鏈路同步更新至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器，在完成同步更新操作后刪除本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)記錄。
車載終端應(yīng)用程序?qū)?lái)自于移動(dòng)物料稱重設(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(jìn)行解析獲取計(jì)量數(shù)據(jù)信息，按照生產(chǎn)要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)操作人員選定后形成數(shù)據(jù)操作記錄，啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)ADO對(duì)象引擎并進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)連接初始化，將當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄通過(guò)VLan2業(yè)務(wù)鏈路采用http協(xié)議插入到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)指定的數(shù)據(jù)表內(nèi)。
終端查詢應(yīng)用程序通過(guò)查詢輸入輸出接口指定查詢爐號(hào)和爐次，終端查詢系統(tǒng)定義并初始化SQLOLEDB動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)ADO對(duì)象引擎并進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接初始化，在遠(yuǎn)程服務(wù)器端執(zhí)行對(duì)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(dòng)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(dòng)物料在環(huán)境復(fù)雜的多節(jié)點(diǎn)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)內(nèi)移動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，為達(dá)到計(jì)量數(shù)據(jù)信息傳輸最優(yōu)，物料轉(zhuǎn)運(yùn)車輛和PDA移動(dòng)終端必然在覆蓋區(qū)內(nèi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行漫游，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)同一節(jié)點(diǎn)不同移動(dòng)終端及轉(zhuǎn)運(yùn)車輛射頻信號(hào)分配合理，節(jié)點(diǎn)陣列天線需根據(jù)其覆蓋區(qū)內(nèi)的移動(dòng)終端PDA和車輛數(shù)量自動(dòng)調(diào)節(jié)陣列天線指向角和分配每個(gè)終端對(duì)應(yīng)的天線數(shù)量〔5〕。
覆蓋區(qū)內(nèi)每個(gè)數(shù)據(jù)中繼站分布的終端數(shù)量Qi，主動(dòng)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(shí)時(shí)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(hào)強(qiáng)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(shí)施工程案例
以金川集團(tuán)公司銅冶煉廠一熔煉車間實(shí)際工程實(shí)施為例說(shuō)明〔8-9〕，該車間廠房空間為450m×25m，車間廠房?jī)?nèi)共有1臺(tái)銅合成爐(閃速熔煉+電極貧化區(qū))、7臺(tái)轉(zhuǎn)爐、4臺(tái)電爐、2臺(tái)陽(yáng)極爐，廠房?jī)?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(dòng)力系統(tǒng)變壓器影響，電磁干擾極大，致使手機(jī)無(wú)法正常通訊。
本項(xiàng)目采用分布式無(wú)線通訊模式對(duì)車間內(nèi)移動(dòng)物料進(jìn)行在線計(jì)量，在車間廠房頂部和爐后共架設(shè)6個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)、5個(gè)終端模塊、6臺(tái)PDA終端、6套終端查詢系統(tǒng)、1臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)光纖接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，PDA終端、無(wú)線模塊和查詢終端通過(guò)無(wú)線TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，由調(diào)度室的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度管理和資源實(shí)時(shí)分配。
網(wǎng)絡(luò)控制器通過(guò)交換機(jī)對(duì)進(jìn)入覆蓋區(qū)內(nèi)的所有授權(quán)查詢終端、手持PDA、無(wú)線模塊及控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、網(wǎng)絡(luò)地址動(dòng)態(tài)分配、被動(dòng)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(jì)量主機(jī)相連的無(wú)線模塊經(jīng)由節(jié)點(diǎn)直接至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器，另一路由無(wú)線模塊經(jīng)由節(jié)點(diǎn)發(fā)送至PDA終端，再通過(guò)節(jié)點(diǎn)傳輸至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器部署SQLServer2005企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢終端運(yùn)行WinCE5.0系統(tǒng)，PDA終端運(yùn)行Mobile6.0系統(tǒng)。
為提高設(shè)備的運(yùn)行效率和查詢速度，查詢終端和PDA終端均部署輕量級(jí)SQLCE4.0數(shù)據(jù)庫(kù)，現(xiàn)場(chǎng)查詢終端和PDA設(shè)備數(shù)據(jù)記錄的存儲(chǔ)和查詢由SQLCE與遠(yuǎn)程SQLServer采用“PULL”、“PUSH”模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時(shí)同步更新。PDA主要對(duì)稱重計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢斤、標(biāo)識(shí)物料來(lái)源及去向，形成計(jì)量記錄。查詢終端主要檢索遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)記錄，提取所需信息，對(duì)爐況狀態(tài)進(jìn)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(dòng)物料計(jì)量信息分布式冗余傳輸算法解決了復(fù)雜環(huán)境下的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性和可靠性，在電磁信號(hào)污染達(dá)40%以上時(shí)，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明功能完善，操作方便。
4結(jié)論
移動(dòng)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(tái)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(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)，系統(tǒng)性價(jià)比高，方便組網(wǎng)，是新一代工業(yè)領(lǐng)域移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
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