无线网桥在港口大型设备连锁保护中的应用

2022-03-10邱冬冬

设备管理与维修 2022年1期

邱冬冬

（广州港股份有限公司新港港务分公司，广东广州 510000）

0 引言

煤炭码头的大型设备如斗轮堆取料机，需要与地面输送皮带协调作业，避免因设备启动逻辑的先后顺序错乱导致物料撒漏。因此港口大型设备如卸船机、斗轮堆取料机作业运行须与地面皮带运行进行连锁保护，而该功能的完成需要传输连锁信号进行逻辑判断，实现作业连锁。

1 港口大型设备通信技术

1.1 有线通信

港口大型机械设备的有线通信一般通过多芯通信电缆实现，由通信电缆、转盘导向架、电缆转盘、滑环箱等组成，单机通信电缆从现场电缆架经转盘导向架和电缆转盘，通过滑环箱与单机通信电缆连接起来。由于采用物理连接的通信方式，有线通信有着抗干扰能力强和稳定性强的优点。但由于有线通信投入成本高、通信电缆使用过程中容易老化断芯造成通心中断、滑环箱维护较为困难等缺点，使得越来越多的港口大型设备开始通过改造采用无线通信方式。

1.2 数传电台

数传电台是数字式无线数据传输电台的简称。它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台[1]。数传电台的工作频率大多使用220～240 MHz、400～470 MHz 频段以及2.4 GHz 频段，具有数话兼容、数据传输实时性好、专用数据传输通道、一次投资、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优点。在良好的环境内，数传电台的有效覆盖半径约几十公里[2]。数传电台通常提供标准的RS-232 数据接口，可直接与设备上的工业控制装置连接。由于数传电台的诸多优点，在港口无线通信中广泛使用。但由于大多数数传电台带宽较低，对于以太网支持较差，不适合传输数据量大的内容，如视频监控、远程监控以及智能化等系统。目前港口应用较多的数传电台有美国DATE LINC 系列、GE MDS 系列等数传电台。

1.3 无线网桥

无线网桥是桥接器，它是一种在链路层实现局域网互联的存储转发设备[3]，是为了无线实施远距离点对点和点对多互联数据传送而研发的、在链路层中达成LAN 互联的一种存储转发类设备，主要用在设备相互间高速、远距离的无线组网中，特别适用于带宽标准较高的视频类监控数据量大的信号传输[4]。扩频微波和无线网桥技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。其在2.4 GHz 和5.8 GHz 频段免申请无线执照，相对于其他无线通信更容易部署。无线网桥应用一般分为点对点、中继和一对多等多种模式。由于无线网桥拥有高带宽、扩展性强等特点，面对港口大型设备日益增长的传输数据量，无线网桥开始大规模应用于港口大型设备的无线通信传输。而且无线网桥成本低、组网部署容易、前期投入低、后期维护方便，有取代数传电台的趋势。但无线网桥的弱点也很明显，由于高频信号绕射能力差，网桥之间的遮挡会造成通信信号丢失，但这个问题可以通过增加无线中继得到解决。

2 基于无线网桥的无线通信系统

广州港西基码头地处珠江三角洲的中心地带，位于广州经济技术开发区墩头基，是华南地区最大的现代化煤炭装卸专业码头之一。本次以西基码头12#斗轮堆取料机（简称SR12）和中控楼之间的通信为例，探讨无线网桥在港口大型通信连锁中的应用。

SR12 分布位置及行走路径如图1 所示，SR12 位于西基码头堆场中部，与中控楼的距离约500 m，同时与中控楼隔着两个堆场以及两台斗轮机，当这两台斗轮机处于中控楼与SR12 中间位置时就会造成遮挡，同时堆场的煤堆也可能造成遮挡。

图1 SR12 分布位置

2.1 无线网桥系统设计

根据现场条件，为保证信号传输质量，满足无线网桥可视无遮挡的要求，本项目需要在合适的地点增加中继。根据现场勘察，决定在SR12 东头的皮带转接房安装无线网桥中继。无线网桥中继位置以及SR12 与中控楼的传输路径如图2所示。

图2 无线网桥中继位置以及SR12 与中控楼的传输路径

无线网桥通信系统主要由中控下位PLC、中控通信PLC（西门子S7-200 SMART）、中控侧无线网桥（含天线）、无线网桥中继、斗轮机无线网桥（含天线）、斗轮机侧通信PLC（西门子S7-200 SMART）、斗轮机侧主PLC 等硬件组成，其网络拓扑图如图3 所示。

图3 通信网络拓扑图

斗轮机发送数据给中控室：斗轮机的主PLC 将传输信号以硬线传输的形式至通信PLC（西门子S7-200 SMART）之DI 点；通信PLC 通过以太网将信号传输给斗轮机端的无线网桥；无线网桥将数据发给无线网桥中继，无线网桥中继再将信号传输至中控端无线网桥；中控端无线网桥接收后通过网线将数据传给中控端的通信PLC（西门子S7-200 SMART）；该PLC 再对传输数据进行解码并以DO 点的形式输出，用硬线的方式传送至中控下位机PLC之DI 点，中控上位机收到斗轮机的信号，完成整个通信流程。中控发数据给斗轮机采用同样的方法。

本项目控制器采用西门子S7-200 SMART PLC，它拥有一个以太网通信网口，且对以太网通信有着友好的支持。无线网桥采有Ubnt Rocket 系列无线网桥，该系列网桥具有IP67 的防水防尘设计，性能稳定，满足散货码头恶劣的工作环境，支持2.4 GHz 和5 GHz 两个频段。由于码头2.4 GHz 无线设备较多，为了避免过多的干扰，采用5.8 GHz 频段。

2.2 无线网桥系统软件设计

2.2.1 无线网桥设置

利用Ubnt 自带管理软件对网桥进行设置，电脑连接无线网桥，电脑端用浏览器输入192.168.1.20，进入管理软件。

中控端网桥设置：无线模式设置为AP，并设置ssid、天线、输出功率等参数。

中继端网桥设置：无线模式设置为AP 中继，WDS 对等填写AP 网桥的物理地址，其他参数与AP 网桥一致。

斗轮机端网桥设置：无线网桥模式设置为：站，然后通过搜寻中继网桥的信号，使得斗轮机网桥连接上中继端网桥，并锁定到中继网桥上。其他参数与中控端网桥设置一致。

3 个无线网桥设置完成后，通过无线网桥管理软件观察无线网桥的连接状态、信号强度等信息。

2.2.2 西门子S7-200 SMART 设置

西门子S7-200 SMART 功能较为强大，支持的通信协议丰富，PLC 程序如图4 所示，本次直接调用GET 和PUT 指令，通过以太网连接，实现S7 200 SMART CPU 之间通信，使用NET_EXE 子程序用于初始化GET/PUT 操作的执行。并通过PLC 中间寄存器与输出和输出寄存器的交互，实现信号的输入和输出。