陳 超

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066003）

無線AP數(shù)據(jù)傳輸在秦皇島港堆料機(jī)的應(yīng)用

陳 超

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066003）

針對秦皇島港煤二期堆料機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有狀況以及速率低和穩(wěn)定度差的問題，提出一種用工業(yè)無線AP加定向天線的解決方案，在保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的情況下，拓寬網(wǎng)絡(luò)帶寬和通信速率，確保后續(xù)新增設(shè)備的正常使用。

無線AP；數(shù)據(jù)傳輸；定向天線；堆料機(jī)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.66

0 引言

秦皇島港煤二期堆料機(jī)原使用DATA-LINC數(shù)字無線電臺構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)帶寬過低，最大運(yùn)行帶寬僅108 Mbps左右，只能基本滿足現(xiàn)有設(shè)備聯(lián)鎖信號的通信需求。如果將其他設(shè)備加入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞。經(jīng)現(xiàn)場檢測網(wǎng)絡(luò)延遲，最多可達(dá)60 s以上。一旦設(shè)備發(fā)生安全問題（如堆料機(jī)堵斗等），不能及時將信號反饋至皮帶控制系統(tǒng)，將會造成巨大安全隱患。同時，現(xiàn)場采用全向天線的通信手段，主天線在T10-2轉(zhuǎn)接塔旁的除塵器頂部，當(dāng)大機(jī)處于軌道的最遠(yuǎn)端，或者通信方向上有另一個大機(jī)阻擋，很容易造成通信暫時中斷，導(dǎo)致信號丟失。

針對上述問題和煤二期現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信速率低、穩(wěn)定度差的現(xiàn)狀，提出一種使用工業(yè)無線AP（無線訪問接入點(diǎn)Wireless Access Point）加定向天線代替原有數(shù)字無線電臺加全向天線的解決方案，在保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的前提下，拓寬網(wǎng)絡(luò)帶寬和通信速率，確保后續(xù)新增設(shè)備投入后可正常使用。

1 定向天線的簡介和功能

定向天線在某一個方向或者特定的某幾個方向上發(fā)射或接收電磁波特別強(qiáng)，在其余方向上發(fā)射或接收電磁波基本為零或者特別小的一種天線（圖1）。而全向天線則是表現(xiàn)為無方向性，其在水平方向上表現(xiàn)為360°都均勻的能夠發(fā)射或接收電磁波（圖2）。全向天線一般主要應(yīng)用在通信距離近、覆蓋范圍大、價格便宜的領(lǐng)域，其信號強(qiáng)度一般＜9 dB。通常情況下，信號的波瓣寬度越小，信號強(qiáng)度越大。采用定向天線的目的就是減小波瓣寬度，使信號強(qiáng)度增加，進(jìn)而增強(qiáng)抗干擾能力以及提高輻射功率的有效利用率，同時保密性也有所加強(qiáng)。

圖1 定向天線信號輻射示意

圖2 全向天線信號輻射示意

2 項(xiàng)目方案

2.1 總體思路

結(jié)合實(shí)際需求，并考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，分析歸納整套系統(tǒng)需滿足以下3個要求：①無線系統(tǒng)能保證1.2 km的穩(wěn)定傳輸；②穩(wěn)定傳輸控制數(shù)據(jù)，傳輸速率最大可達(dá)300 Mbps，信號強(qiáng)度為-50 DBm；③在大霧、大風(fēng)、雷雨等惡劣天氣均運(yùn)行良好。

圖3 無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

為了達(dá)到以上要求，決定使用無線AP+定向天線的點(diǎn)對點(diǎn)方式，對設(shè)備進(jìn)行一對一綁定。無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

2.2 具體方案

為了保證通信可靠性和速率傳輸?shù)目焖傩?，采用MOXA品牌的AWK-4131系列工業(yè)級無線AP。

MOXA AWK-4131是工業(yè)級的無線AP，具備無線AP/Bridge/Client三合一功能，并且符合IEEE 802.1n技術(shù)規(guī)范要求。其最大數(shù)據(jù)傳輸速率能夠達(dá)到300 Mbps，可以滿足不斷增長的快速數(shù)據(jù)傳輸要求和更廣泛的信號覆蓋范圍需求。AWK-4131不僅能夠?qū)⒉煌膬蓚€比鄰的20 MHz通道融合成為單一的410 Hz通道，還能夠組成一個更可靠和帶寬更大的有效組合。其工作溫度為-40～75℃，防水防塵為IP68等級，這將滿足嚴(yán)酷的工業(yè)室外布線網(wǎng)絡(luò)的拓展需求。AWK-4131可以在2.4 GHz或5 GHz頻段下操作，并且能夠兼容802.11a/b/g。

在每臺堆料機(jī)及對應(yīng)地面皮帶轉(zhuǎn)接塔側(cè)，安裝一對無線AP通信設(shè)備，在B1D/B2D/B3D左后輪臂的斜梁上安裝CLIENT端，鋪設(shè)光纜進(jìn)入電氣室PLC柜（圖4）。

軌道的終端（靠近塔側(cè)）安裝有接收裝置（AP端），經(jīng)光纖鋪設(shè)至2號變電所（圖5）。

綜合現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)情況，考慮原有各系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸較分散，在各單機(jī)上各加一層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，作為現(xiàn)場設(shè)備接入層；在2號變電所各加一臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，作為匯聚層，為今后生產(chǎn)網(wǎng)和辦公網(wǎng)的互通互聯(lián)做準(zhǔn)備（需將辦公網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)共同接入具有路由功能的三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)）。

3 實(shí)施效果

圖4 堆料機(jī)機(jī)上安裝示意

圖5 無線AP數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)示意

該項(xiàng)目已經(jīng)在秦皇島港煤二期B1D，B2D，B3D三臺堆料機(jī)投入運(yùn)行，投入運(yùn)行后堆料機(jī)傳輸控制數(shù)據(jù)的穩(wěn)定穩(wěn)定性大幅上升，消除了原有系統(tǒng)的安全隱患，速率最大可達(dá)300 Mbps，信號強(qiáng)度-50 DBm，在大霧、大風(fēng)、雷雨等惡劣天氣均運(yùn)行良好，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，快速響應(yīng)，拓展性強(qiáng)。

［1］Moxa.AWK-4131 User’s Manua（lEdition 2.1）［Z］.2016.

［2］Moxa AirWorks.AWK-4131 Quick Installation Guide（Edition 2.0）［Z］.2016.

［3］周銅，宋海軍.多AP無線網(wǎng)組建的關(guān)鍵點(diǎn)及擴(kuò)展應(yīng)用研究［J］.計算機(jī)科學(xué)，2015，42（s1）：303-306.

［4］王曉云，楊新志.綜合料場堆取料機(jī)無線通訊系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.儀表技術(shù)，2009（3）：53-55.

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〔編輯 吳建卿〕