无线传输模块在企业中的应用

张晋华

摘 要：目前国内一些企业开始做设备、能源、消防、安全等在线管理，能源的节约和分析、设备控制、消防安全的管理及时性都需要大量数据的做支撑，数据的完善和准确性成了制约系统前进的一个关键因素。但是新建厂房甚至在一些偏老旧的工业厂区，要实现大批量的数据上传还是比较不方便。于是我们提出了一种点对点通信协议的低频半双工 LoRa 数传终端设备在工业现场的使用，完美的解决了一定区域内数据的上传，并且替代了之前应用比较多了DTU（SIM卡无线模块）。

关键词：DTU；LoRa ；无线传输；能源管理；智能化；效益

1 概述

USR-LG207-L是一款支持点对点通信协议的低频半双工LoRa数据终端，可实现串口和LoRa转通信。在数据无线传输方面起到了关键性作用，一部分已经替代了原来比较传统的插卡式DTU，后期维护费用少，操作简单实用。

2方案设计

2.1系统组成

表现层上位机软件开发、传输层光缆敷设、数据采集层USR-540串口服务器和接收方USR-LG207-L安装以及仪表端发送信号USR-LG207-L的安装。

2.2 数据采集层

2.2.1发射终端配置

USR-LG207-L 是一个支持点对点通信协议的低频半双工 LoRa 串口 LoRa 数传终端，工作的频段为：410～441Mhz。使用串口进行数据收发，降低了无线应用的门槛，可实现一对一或者一对多的通信。LoRa

具有功率密度集中，抗干扰能力强的优势，LoRa 数传终端通讯距离可达 8000m（空旷视距，晴朗天气，天线增益 5dBi，天线放置高度大于 2m，0.268K 空中速率）。

现场仪表、设备需要通过无线采集，就需要每一个采集终端配置一个无线采集模块USR-LG207-L，一个采集终端USR-LG207-L可以采集N个无线发射模块USR-LG207-L。实现点对点通讯发送方和接收方需满足 3 个条件：

速率等级相同（spd）；

信道一致（ch）；

目标地址相同（addr）或为广播地址（65535）。

发射终端A和发射终端B需要跟接收终端B（可以是N个终端）配置成一样，这样算一个组合，只要数据通讯协议一样都可以用一个采集终端采集，但是如果发射终端的协议不一样，就需要在接收终端另外再增加一组接收终端。

2.2.2 采集终端配置

发射终端是比较零散的设备或者仪表，接收终端可以是光缆层的末端或者在服务器端配合LG207使用。LG207将接收回的信息传回同一个串口，在接收端需要加装一个串口服务器来接收LG207传回的信息。一般配合LG207使用的是USR-N540，四个端口可以同时独立工作，互不影响，支持 ModbusRTU 转 ModbusTCP，通过端口号区分与哪个串口关联（N540 设置串口模式可以通过网页和拨码开关设置，当网页设拨码开关模式时，拨码开关起作用，当网页设置串口为制定模式时，网页起作用，网页优先级高于拨码开关），可以分别接收不同通信协议的仪表设备数据。

2.3传输层光缆光缆敷设

工业专网光缆敷设要符合工业网络敷设要求，在厂区内避免与公司内网混乱，信号串扰小、保密性能好，抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰光缆适应性强，寿命长。一般都会设置专门的网段，有些实时性要求比较高的设备，比如远程空压机的启停、远程电动阀门的开闭等，使用光缆传输更稳定，另外一个是为了方便现场端口的扩展。

2.4表现层上位机软件的开发

上位机软件没有什么特定要求，有些需要根据行业选择组态软件类型，行业没有特别要求的，组态王、力控这些组态软件应用比较广泛，以下工程以力控为例。

2.4.1 虚拟串口建立

服务器端组态软件如果建立的是MODBUS RTU设备，在现场的N540配置好后（配置成透传模式），服务器端或上位机端要想和现场下位机和设备仪表通信，需要建立虚拟串口，服务器通过虚拟串口和配置的通道访问下位机仪表和设备，如果服务器端组态软件建立的是MODBUS TCP设备，那么在N540上工作方式需要配置成MODBUS TCP，工程下发信息时把 MODBUS TCP格式数据转换成MODBUS RTU格式数据和现场仪表设备建立连接。

2.4.2 IO设备组态建立

上位机组态软件要想和现场设备建立联系，需要先建立IO设备组态，各种行业设备有时候通信协议不一样，一般通用的设备会使用标准MODBUS，如果是串口通信就选择MODBUS RTU，如果是网络通信就选择MODBUS TCP。但是有些设备，如电表有自己协议（DLT645协议），流量计厂家有时候配有自己开发的不通用协议，这个需要根据实际情况具体辨别。IO组态建立过程中会涉及到设备的一些特有参数，比如设备地址、波特率、校验位、数据位、奇偶校验位等，IO 建立时需要管理建立的虚拟串口才能访问现场仪表设备。

2.4.3 数据库组态建立

在IO组态建立完成后，需要建立在组态工程中用到的数据库组态，在实际的画面、报表以及曲线中用到的全局变量和中间变量变量都是在这里建设。变量建设过程中关联IO组态中的设备，这样采集到的数据实际传送到了每一个变量中，具体的变量也就有了实际的数值和意义。

2.4.4 画面报表建立

画面和报表是组态中数据的载体，可以实时展现从现场仪表或设备采集回的数据，进一步的数据分析，图表展示都是依靠这一步最基础数据展开。报表曲线帮助用户分析实时用能或设备的历史情况、实时情况、给用户提供了仪表设备分析的抓手，给能源节约和设备高效合理的工作提供了可能性。

3方案效果

点对点通信的低频半双工 LoRa 数传终端有效的摆脱了有线或SIM卡DTU的限制，可以让仪表采集更方便，安装更随意，保证了数据密度才能给管理提供更有力的保证。

方案的设计是突出管控，基于生产设备、能源仪表、互联网、面向生产现场，集数据采集、过程监控、超标报警、数据分析统计为一体。紧抓影响生产的关键环节，从而为精益制造的实现提供可靠的数据支撑和管理抓手。通过生产设备运行过程中的各类现场实时数据的统计、分析，精准掌握生产现场。

参考文献：

[1] 陈志田.能源管理体系建设及推广应用指南 [M].北京：中国标准出版社，2008.

[2] 周相梅，刘立波.能源管理体系建立与运行 [M].北京：中国标准出版社，2009.

[3] 吴宗泽，于亚杰.机械设计与节能减排 [M].北京：机械工业出版社，2012.

[4] 付志坚.机械制造行业能源管理体系与节能技术 [M].北京：化學工业出版社，2016.