浅谈 2.4GHz跳频扩频通讯技术在某厂物料报表系统的应用

彭获锋

【摘要】根据某钢厂生产的现实需要，对现有的球团、烧结及原料场的物料进行计量，并将上述的信号进行集中显示在原料场控制室，本文主要讲述了如何将上述3个地方的需要计量的信号引进原料场控制室，并进行集中显示和生成报表。

【关键字】通讯协议， RS485，2.4GHz跳频扩频通讯技术，无线调制解调器

0、工程概况

某钢厂现已建成现代化的原料场、球团、烧结厂房，均已投产。因生产和管理的需要，需将球团一台电子皮带秤和烧结一台电子皮带秤的信号引入原料场控制室新上的报表系统。原料场上的数台电子皮带秤的信号同时也引进新上的报表系统，而且原料場的部分电子皮带秤有物料选择，即同一条电子皮带秤不同时间是运送不同的物料。上述的信号需要在新上的系统上进行集中监测并生成日报表。另外，上述3个厂房相距较远，最远者相距约一公里，厂房之间还有其它的建筑物和马路，如何将需要的信号引进原料场控制室是此项目的成败关键。

一、系统方案构成

目前，按照网络的传输介质分为有线网络和无线网络。结合本工程的实际情况看，本工程采用无线传输的模式，因为原料场、球团、烧结厂房三者之间的距离较远，而且所有的电缆沟和桥架均以盖上盖板，重新走线非常困难和投资较大。在工业自动化领域，常用的通讯协议有RS232 /RS485串口通讯和计算机网络通讯（以太网口通讯）。无线电数据通讯链路其实只是一种完全透明的传输媒介，对于标准的串行通讯而言，就相当于一根串行电缆线；对于标准的以太网通讯而言，就相当于一根网络线。无线电数据通讯链路作为一种传输媒体，

其可靠性是毋庸置疑的。在航天领域，我国的地面测控工程师对各种航天器的遥测遥控作业，都是通过无线电数据通讯链路这种传输媒体进行的。

二、系统实现原理

（一）硬件方面

1， 将球团系统原有的一台计量秤信号所对应的隔离器改为一入二出的隔离器，一路4～20mA信号进入原有的PLC系统，一路4～20mA信号进入8通道模拟量模块，模拟量模块的输出以RS485接入无线调制解调器。以同样的方法将烧结的原有的一台计量秤信号，引入8通道模拟量模块，模拟量模块输出以RS485接入无线调制解调器。在原料场控制室设一台无线调制解调器，将接收的球团计量秤信号及烧结机的计量秤信号以RS485方式接入工控机。

2，将原料场系统原有的七台计量秤信所对应的隔离器改为一入二出的隔离器，一路信号进入原有的PLC系统，一路4～20mA信号进入8通道模拟量模块，模拟量模块输出RS485信号有线的接入工控机。

3，原料场操作室增加5块8通道的带RS485数字量输入模块，用于接收原料场原有系统的物料选择信号。物料选择的信号通过RS485的方式进入新上的报表系统工控机。

为了实现上述功能，需要以下主要硬件：

1），带RS485模拟量输入模块，采用研华的ADAM-4117，该模块是16位A/D、8通道，可以采集电压、电流模拟量信号，并且所有通道都提供了独立的可编程的输入范围。

2），带RS485的数字量输入输出模块，采用研华的ADAM-4055，该模块是将8DI/8DO集成在一起，并带LED指示灯。

3），工控机采用研华的IPC-610L，一入二出的隔离器采用深圳万讯的MSC301EC0CC，打印机采用惠普品牌下的激光打印机，显示器选用三星品牌下的液晶显示器。

4），无线调制解调器是本套方案成败的关键所在。无线电技术在数据传输和数据采集/控制应用主要分两大类：230MHz频段的窄带通讯和2.4GHz频段的扩频通讯。和传统的230MHz频段的窄带通讯技术相比较，2.4GHz跳频扩频通讯技术在以下方面具有明显的优势：

● 不需要当地的无线电管理部门分配专用的频点资源；

● 抗环境噪声干扰。在2.4GHz频段下，环境噪声干扰信号的电平是很低的；

● 抗工业环境电火花干扰。在2.4GHz频段，工业环境电火花干扰信号的功率谱密度分布微乎其微；

● 抗同频干扰。具有智能化水平的2.4GHz跳频扩频通讯设备，能够自动避开同频干扰。

● 传输数据的速率高，速率可达115.2Kbps；传输质量极佳性能可靠、稳定；本工程无线调制解调器选用美国DATA-LINC GROUP公司制造的2.4GHz跳频扩频通讯设备：SRM6100工业级无线电调制解调器及相应的国产附件，如天线，射频电缆等。该产品具有2.4GHz跳频扩频通讯技术的上述的所有优势。另外，SRM6100工业级无线电调制解调器还具有以下优势：

● 与各种品牌（如GE、Omron、AB、西门子等）的PLC有很好的通讯兼容性。

● 品质因素高：工作环境温度为 -40 oC -- +75 oC

● 智能频谱技术：能够自动地避开同频干扰的影响。即使二套相互独立系统的设备安装在同一地点，相互之间也不会干扰对方的工作

● 强大的通讯纠错能力：通过自身强大的纠错功能，极低的故障率。

● 无论是作为主站或是从站，无论是点对多点方式还是点对多点方式，它们在硬件上都是一样的，只是内部工作参数设置不同。使用"窗口"操作系统所包含的"超级终端"，就可以方便地对系统的各台站进行维护。这意味着备份设备的型号是单一的，备份的设备量将大大减少。

5），项目在实施过程中需要考虑防雷接地等保护措施。

（二）软件实现方面

上位机组态软件发出的采集数据命令，通过串行通讯数据接口送到所连接的SRM6100无线调制解调器，SRM6100无线调制解调器将这些命令加载在2.4GHz载波信号上，发给远端的球团站和烧结站的SRM6100无线调制解调器，球团站和烧结站的SRM6100无线调制解调器将收到的2.4GHz载波信号进行解调后，从中检出有用信号，并把它们送到各自对应的RTU设备。RTU设备接受到上位机组态软件发出的采集数据命令后，随即把已经采集到的现场数据通过所连接的SRM6100无线调制解调器发送回上位机，从而完成远端数据采集的过程。原料场操作室内部的模拟量数据采集也是同样的过程。对于物料的选择，由原料场原有的PLC系统输出相应的物料选择信号到原料场数字量输入模块，通过特定的程序读取物料选择信号，根据这些信号来区分和计算物料的种类和累积量。软件的编写和调试可以购买特定的软件或者用VB等高级语言编写。

三、结束语

无线电作为传输媒体在下面两种情况下是比较理想的选择：一是走线非常的困难；二是长距离的布线。跳频扩频通讯技术已在工业自动化领域中得到了广泛的应用，如大型的钢厂中能源中心的数据采集系统、自来水厂供水管网数据采集/监控系统等。跳频扩频通讯技术为远距离的信号传输提供了良好的可靠的解决方案，我相信，跳频扩频通讯技术将在各行各业的数据无线传输上有更广范围的应用！