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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.
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.