無(wú)線傳輸產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)踐

摘要：主要介紹了一種無(wú)線傳輸產(chǎn)品在水廠供水自動(dòng)控制中的實(shí)際應(yīng)用方法，并對(duì)比了有線傳輸方式和無(wú)線傳輸方式的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸有線傳輸比較水廠供水運(yùn)行情況

1概述

大唐巖灘水力發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“業(yè)主”）2010年開始進(jìn)行擴(kuò)建工程的施工，需要為施工單位提供取水點(diǎn)，取水點(diǎn)為原用于生活供水的一個(gè)100m3的圓形水池，取水點(diǎn)與水廠分布在一座500米高的山頭的兩側(cè)，環(huán)山距離約3公里，中間有電廠一期廠房。水池原供水方式為通過(guò)水廠控制中心的PLC控制兩臺(tái)供水泵進(jìn)行定時(shí)供水，此供水方式滿足不了施工單位的連續(xù)用水需求，為了保證施工用水，需要根據(jù)水池水位實(shí)時(shí)供水。因此，需要對(duì)原水泵控制方式進(jìn)行改造。

2方案的選擇

水廠控制中心的控制PLC采用的是施耐德電氣Premium TSX PLC，為實(shí)現(xiàn)根據(jù)水池水位實(shí)時(shí)供水，必須將水池水位信號(hào)引入水泵控制PLC。

承接此項(xiàng)改造項(xiàng)目的施工單位最初提出的方案為從水池埋設(shè)電線桿至水廠，通過(guò)架空電纜將水池水位的開關(guān)量信號(hào)送至水廠控制中心，此方案也是控制信號(hào)引入的常規(guī)方法，看起來(lái)無(wú)可非議，但預(yù)算價(jià)格高達(dá)90多萬(wàn)元，超出了業(yè)主的預(yù)想，而且此方案還牽涉到埋桿需征用農(nóng)民的土地的問(wèn)題，協(xié)調(diào)很困難，此方案被否決。之后承建單位提出了第二個(gè)方案：取消埋桿，通過(guò)將信號(hào)電纜埋入地下的方式，預(yù)算可降低到60多萬(wàn)元，此方案雖降低了成本，但是將信號(hào)電纜埋入地下，一方面仍存在埋設(shè)電纜需補(bǔ)償農(nóng)民的問(wèn)題，另一方面還存在電纜埋入農(nóng)民耕種的土地中，容易被損壞，且損壞后難以查找故障點(diǎn)的問(wèn)題，此方案也不合適。

此時(shí)，一方面是擴(kuò)建工程的施工單位用水的迫切需要，另一方面是水池水位信號(hào)引入的方案定不下來(lái)，業(yè)主陷入了兩難的境地。

此問(wèn)題最終提到了擴(kuò)建工程項(xiàng)目部機(jī)電部，要求機(jī)電部拿出一個(gè)合理的方案。由于電纜傳輸信號(hào)的方式不論是敷設(shè)電線桿還是埋入地下，都存在造價(jià)高、牽涉到農(nóng)民的土地補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，要避免這些問(wèn)題，只有采用無(wú)線傳輸信號(hào)的方式。而且用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式比有線傳輸方式相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1． 成本廉價(jià)

有線通信方式的建立必須架設(shè)電纜，或挖掘電纜溝，因此需要大量的人力和物力；而用無(wú)線傳輸方式只需要在每個(gè)終端安裝無(wú)線數(shù)傳模塊既可。相比之下用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，節(jié)省了人力物力，投資是相當(dāng)節(jié)省的。

2． 建設(shè)工程周期短

當(dāng)要把相距數(shù)公里到數(shù)十公里距離的遠(yuǎn)程站點(diǎn)相互連接通訊的時(shí)候，采用有線的方式，必須架設(shè)長(zhǎng)距離的電纜或者挖掘漫長(zhǎng)的電纜溝，這個(gè)工程周期可能就需要數(shù)個(gè)月的時(shí)間，而用數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑恍枰茉O(shè)適當(dāng)高度的天線，工程周期只需要幾天或者幾周就可以，相比之下，無(wú)線的方式可以迅速組建起通信鏈路，工程周期大大縮短。

3． 適應(yīng)性好

有線通訊的局限性太大，在遇到一些特殊的應(yīng)用環(huán)境，比如遇到山地、湖泊、林區(qū)等特殊的地理環(huán)境或是移動(dòng)物體等布線比較困難的應(yīng)用環(huán)境的時(shí)候，將對(duì)有線網(wǎng)絡(luò)的布線工程有著極強(qiáng)的制約力，而用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式將不受這些限制，所以說(shuō)用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式將比有線通訊有更好的更廣泛的適應(yīng)性，幾乎不受地理環(huán)境限制。

4． 設(shè)備維護(hù)上更容易實(shí)現(xiàn)

有線通訊鏈路的維護(hù)需沿線路檢查，出現(xiàn)故障時(shí)，一般很難及時(shí)找出故障點(diǎn)，而采用無(wú)線數(shù)傳模塊建立專用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式只需維護(hù)數(shù)傳模塊，出現(xiàn)故障時(shí)則能快速找出原因，恢復(fù)線路正常運(yùn)行。

咨詢了幾個(gè)大的自動(dòng)化控制公司，都沒(méi)有使用無(wú)線傳輸信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)；其他廠家的PLC雖然有無(wú)線傳輸模塊，但和PLC配套使用，只有選用第三方開發(fā)的無(wú)線傳輸設(shè)備比較合理。

目前，各廠家開發(fā)的無(wú)線傳輸設(shè)備種類繁多，價(jià)格也相差很大，在進(jìn)行了多次比較以后，最終選用了性價(jià)比較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)容易的西安達(dá)泰電子有限責(zé)任公司的DTD110系列無(wú)線測(cè)控終端。

3DTD110系列無(wú)線測(cè)控終端簡(jiǎn)介

DTD110系列無(wú)線測(cè)控終端是一種遠(yuǎn)端測(cè)控單元裝置，測(cè)控終端集A/D功能和I/O功能為一體，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制。該模塊提供4路模擬量信號(hào)輸入和4路模擬量信號(hào)輸出；或者4路開關(guān)量輸入、4路開關(guān)量輸出。模擬量可以是0~5V電壓信號(hào)，或者是4~20mA電流信號(hào)。能采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的變送器輸出的各種模擬量、開關(guān)量信號(hào)；可以輸出控制信號(hào)，控制繼電器輸出。

產(chǎn)品型號(hào) 說(shuō)明

DTD110FA 4通道模擬輸入，遠(yuǎn)端4通道模擬輸出，200米以內(nèi)。

DTD110FB 同上，參考距離1000米左右

DTD110FC 同上，參考距離2000米左右

DTD110HA 4通道開關(guān)輸入，遠(yuǎn)端4通道開關(guān)輸出，200米以內(nèi)。

DTD110HB 同上，參考距離1000米左右

DTD110HC 同上，參考距離2000米左右

產(chǎn)品特點(diǎn)：

◆ 多種配置應(yīng)用方案，可以滿足用戶不同的需要

◆ 4個(gè)開關(guān)量輸入通道，4個(gè)開關(guān)量輸出通道

◆ 4個(gè)模擬量輸入通道，4個(gè)模擬量輸出通道

◆ 可以直接代替有線的PLC設(shè)備

◆ 一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊,軌道式安裝，安裝方便

◆ 多種產(chǎn)品規(guī)格適應(yīng)于不同的傳輸距離

◆ 射頻輸出功率10mW、500mW、1000mW

◆ GFSK調(diào)制，高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)

◆ 軟件無(wú)線電技術(shù)保證高抗干擾能力和低誤碼率

◆ ISM 頻段433MHz，無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)

◆ 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，能工作于各種惡劣環(huán)境

◆ 直流9~24V供電，電流小于800mA

◆ 標(biāo)準(zhǔn)PVC外殼：115×74×60mm

4方案的實(shí)現(xiàn)

由于我們的實(shí)際應(yīng)用只需傳輸水池水位的開關(guān)量信號(hào)，考慮傳輸距離的要求，我們選用了型號(hào)為DTD110HC的開關(guān)量模塊，DTD110HC模塊提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線遙測(cè)遙控功能，通常該模塊是成對(duì)使用的，一個(gè)是發(fā)射模塊，一個(gè)是接收模塊。通過(guò)將安裝在水池的三個(gè)浮球水位信號(hào)器提供的三個(gè)液位信號(hào)引入發(fā)射模塊，接收模塊接收信號(hào)后將輸出信號(hào)引入水廠控制中心的PLC，由PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)水池水位的自動(dòng)控制。

由于無(wú)線傳輸模塊需要提供電源，所以在離水池300米遠(yuǎn)的一個(gè)變電站內(nèi)安裝了一個(gè)控制箱，水池水位信號(hào)通過(guò)沿輸水管敷設(shè)的信號(hào)電纜首先引入發(fā)射模塊。另因信號(hào)傳輸距離超過(guò)了一對(duì)無(wú)線傳輸模塊的最遠(yuǎn)傳輸距離，所以增加了一級(jí)中繼，即在水池與水廠控制中心之間的電廠廠房?jī)?nèi)安裝一個(gè)控制箱，在控制箱內(nèi)安裝一個(gè)接收模塊和一個(gè)發(fā)射模塊，接收模塊接收變電站內(nèi)發(fā)射模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，輸出接至發(fā)射模塊，發(fā)射模塊再將數(shù)據(jù)發(fā)送至水廠控制中心的接收模塊。整個(gè)系統(tǒng)接線原理圖如下：

圖一：水池水位信號(hào)及變電站內(nèi)控制箱接線原理圖

圖二：電廠內(nèi)中繼控制箱接線原理圖

圖三：水廠控制中心控制柜接線原理圖

使用此無(wú)線傳輸方案，需要投入的設(shè)備為3個(gè)浮球式水位信號(hào)器，300米4×1.5電纜，4個(gè)無(wú)線傳輸模塊，2個(gè)控制箱及配套元器件，總投資不超過(guò)10萬(wàn)元，且在一周內(nèi)就完成了施工及調(diào)試工作，與原兩個(gè)方案相比較，極大的節(jié)省了投資，大大縮短了施工周期。

5設(shè)備運(yùn)行情況

設(shè)備投運(yùn)4個(gè)月后出現(xiàn)了信號(hào)傳輸失敗的故障，但因模塊無(wú)故障指示燈，無(wú)法直觀確認(rèn)是水池至變電站控制箱電纜的故障還是某一個(gè)無(wú)線傳輸模塊的故障，經(jīng)故障查找，最終確定為模塊故障，更換故障的一組模塊后，設(shè)備一直運(yùn)行正常。結(jié)果表明，無(wú)線傳輸方式在本工程的應(yīng)用是成功的。如果對(duì)無(wú)線傳輸模塊進(jìn)一步的改進(jìn)，增加電源指示燈，輸入/輸出信號(hào)指示燈，故障指示燈，更加便于用戶使用，相信此類無(wú)線傳輸設(shè)備會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

作者簡(jiǎn)介：李凱（1971-），男，廣西興安人，工程師，主要從事電廠自動(dòng)化設(shè)備的檢修維護(hù)工作。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。