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應用設計

WL-245H工業Wi-Fi與WiSCADA助力選煤廠智能化建設

北京偉聯科技有限公司

2019/11/26 10:53:43

為提升選煤廠數字化智能生產水平，簡化人為參與生產工作量，提高巡檢人員工作效率及巡檢合格率，設計使用智能平板連接廠區WiFi的方式實現智能巡檢目的。智能平板上可實時顯示當前工區工況，并且可隨手記錄已發生問題，具體如下：

一、大功率無線設備廠區覆蓋

設計說明：

（1）整個無線網絡均采用802.11ac大功率工業WiFi設備，具有帶寬大，抗多徑干擾能力強，網絡傳輸速率快的特點。

（2）工作頻段選用ISM 全球免執照運行的5.8GHz頻段。

（3）天線室內吸頂天線。

（4）采用就近獲取電源的方式。電源采用24VDC。

（5）智能平板采用定制化產品，安裝安卓系統

根據選煤廠地形特點，選擇合適位置安裝WL-245H-S工業大功率WiFi設備，用于對全廠區進行WiFi覆蓋。廠內人員可以拿手機、IPAD等智能移動終端設備連接到廠區WiFi。

WL-245H-S無線通訊模塊專為工業應用而設計，最大發射功率可到1W，可以廣泛應用于石油&天然氣、煤炭、礦山、鋼鐵、水處理、新能源和其他工業行業。通過該模塊可以方便的將現場的PLC、變頻器、DCS以及現場儀表進行連接。

WL-245H-S無線模塊基于802.11ac MIMO技術，擁有2個802.3以太網端口，1個WAN端口，1個LAN端口。不同IP段的系統都可以通過WL-245H-S模塊連接。最大傳輸速率可達1.3Gbps，視頻傳輸更流暢。5G頻段的無線信號抗干擾性大大增強，相對于2.4G網絡，幾乎不存在網絡擁堵現象，特有的節能設計，讓傳輸終端更省電。

WL-245H-S無線通訊模塊搭建的WiFI網絡可實現無縫漫游，即用戶使用手持終端在WiFi覆蓋區域內移動時，智能終端會根據WiFi信號的強弱自動選擇最佳的AP節點連接，這種切換是自動進行的，切換時間小于50ms。

如圖所示，我們設計使用光纜和網線將所有AP連接起來，在每個無線覆蓋區域節點都安裝一臺4光24管理型交換機，該交換機通過光纜與中心機房的核心交換機連接起來。樓內每層根據實際需要布置AP接入點。所有AP鏈路都匯聚到控制中心的匯聚交換機上統一管理。

1）配電室

配電室為三層鋼筋混凝土結構建筑，1層為低壓柜房間、2層為電纜間，不需要無線覆蓋，三層為高壓柜和PLC控制柜。

在一層2個房間天花板合適位置安裝吸頂天線，并在天花板內放置AP節點，從電源處連接220VAC電源至AP節點配電箱。同一樓層2個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

在三層天花板合適位置安裝吸頂天線，并在天花板內放置AP節點，從機房電源處連接220VAC電源至AP節點。同一樓層3個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

2）主廠房

主廠房共有6層建筑，中1/2/3層分別獨立，4/5/6層為大平臺區域，每層都有機械設備。經過實地查看，每層室內WiFi吸頂天線可以安裝在樓頂部。在主廠房控制機房安裝一臺WL-1424M-L2工業級網管型交換機，用于匯聚所有AP站點網絡并且將其連接到中心機房內的核心交換機上。具體如下

一層

如圖，在一層天花板合適位置安裝吸頂天線，并在天花板內放置AP節點，從機房電源處連接220VAC電源至AP節點。同一樓層2個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

二層

如圖，在二層天花板合適位置安裝吸頂天線，并在天花板內放置AP節點，從機房電源處連接220VAC電源至AP節點。同一樓層2個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

三層

如圖，在三層天花板合適位置安裝吸頂天線，并在天花板內放置AP節點，從機房電源處連接220VAC電源至AP節點。同一樓層3個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

四、五、六層

如圖，四五六層外側為空曠的區域，人員活動在四五六層控制室的玻璃墻內，因此此處只需要在外側區域合適位置布置4套AP，從機房電源處連接220VAC電源至AP節點，4個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

3）濃縮泵房

濃縮泵房分為2層，1層為泵房，2層為控制室。在1層的天花板合適位置安裝吸頂天線，并在天花板內放置AP節點，從機房電源處連接220VAC電源至AP節點，AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

在2層天花板合適位置安裝吸頂天線，并在天花板內放置AP節點，從控制室電源處連接220VAC電源至AP節點。同一樓層2個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

4）原煤倉

選煤廠有2做原煤倉，其底部為人員活動區域，因此，只需要覆蓋底部區域即可。。

在1#原煤倉和2#原煤倉底部分別安裝4套無線AP設備并配置全向吸頂通訊天線，從控制室電源處連接220VAC電源至AP節點，每個原煤倉底部的4個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

5）鍋爐房

鍋爐房為一層建筑，人員活動區域主要為加煤房間和鍋爐房間，因此，在這兩個房間的天花板合適位置分別安裝1套吸頂天線，并在天花板內放置AP節點，從機房電源處連接220VAC電源至AP節點。同一樓層2個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上。

鍋爐房右側有2層建筑的控制室，人員活動區域為3x30m狹長范圍，因此在1/2層分別配置2套無線AP節點及吸頂天線即可。從機房電源處連接220VAC電源至AP節點。同一樓層2個AP之間通過WDS技術無線橋接起來，靠近電纜井一側的AP節點使用網線連接到機房的交換機上

6）篩分樓

篩分樓共有6層，其中1-4層為原煤篩分區域，5-6層為篩分樓與原煤倉輸煤廊橋連接區域。

我們設計在篩分樓控制室安裝一臺WL-1424M-L3工業網管型交換機，用于匯聚AP節點和與核心交換機通訊。

一層

在篩分樓1層根據機械設備安裝位置，在人員活動區域設計安裝3套AP吸頂天線和AP節點，樓內的3個AP節點使用WDS技術做無線橋接，靠近建筑物電纜井一側的AP和樓外的AP都使用網線連接到機房內的匯聚交換機上。

二層

在篩分樓2層根據機械設備安裝位置，在人員活動區域設計安裝2套AP吸頂天線和AP節點，樓內的2個AP節點使用WDS技術做無線橋接，靠近建筑物電纜井一側的AP和樓外的AP都使用網線連接到機房內的匯聚交換機上。

三層

在篩分樓3層根據機械設備安裝位置，在人員活動區域設計安裝2套AP吸頂天線和AP節點，樓內的2個AP節點使用WDS技術做無線橋接，靠近建筑物電纜井一側的AP和樓外的AP都使用網線連接到機房內的匯聚交換機上。

四層

在篩分樓4層根據機械設備安裝位置，在人員活動區域設計安裝2套AP吸頂天線和AP節點，樓內的2個AP節點使用WDS技術做無線橋接，靠近建筑物電纜井一側的AP和樓外的AP都使用網線連接到機房內的匯聚交換機上。

五、六層

篩分樓5層和6層是輸煤廊橋連接區域，地方狹小，分別只需在人員活動區域安裝1套AP吸頂天線和AP節點，AP都使用網線連接到機房內的匯聚交換機上即可。

7）輸煤廊橋

輸煤廊橋在原煤倉——篩分樓、篩分樓——主廠房1、篩分樓——主廠房2，其中原煤倉——篩分樓之間越100米，中間無彎曲，只需在廊橋兩端安裝定向天線加AP節點即可。

在篩分樓——主廠房1和篩分樓——主廠房2之間的輸煤廊橋上，由于中間部位比兩端稍高，無線天線無法做到可視，因此，需要在廊橋兩端和中間都安裝天線和AP節點，其中中間部位用全向天線，兩端用定向天線。三個AP節點使用WDS模式配置。

8）產品倉

產品倉為三個桶型建筑，其底部配電室還未建成，更具規劃面積，預計使用4個AP節點接客覆蓋。

另外，產品倉與主廠房之間有2道輸煤皮帶線還未建設完，根據規劃長度和彎曲度，需要在皮帶線兩端及中間各安裝天線及AP節點，兩端使用定向天線，中間使用全向天線三個AP節點使用WDS模式配置。

9）辦公樓

辦公樓為長方形規則建筑，共三層，底面積約10x50㎡，人行走過道在建筑物內部中間位置，因此，只需在過道的天花板上合適位置安裝吸頂天線及AP節點即可，設計每層安裝4個吸頂天線和AP節點，每層的AP節點之間使用WDS模式連接，靠近電纜井一側AP使用網線連接至辦公樓機房的交換機即可。

10）室外WiFi覆蓋

為保證選煤廠整個廠區能夠被無線網絡全覆蓋，我們設計在產品倉樓頂部署2套AP節點及定向大增益天線，在主廠房樓頂左右兩側及后南側各安裝1套AP節點及定向大增益天線，在原煤倉頂部安裝1套AP節點及定向大增益天線，辦公樓前安裝1套AP節點及定向大增益天線。在篩分樓頂部安裝1套AP節點及定向大增益天線，辦公樓前安裝1套AP節點及定向大增益天線，如下圖所示

二、選煤廠數據采集平臺設計

如圖所示，對遠程PLC的數據采集采用WL-430T-AK工業4G路由器作為網絡連接工具，使用該設備內部的WiVPN功能將遠程的控制系統網絡與控制中心的網絡建立通過4G網絡建立穩定的網絡連接，控制中心使用采集軟件采集PLC或者其他設備的數據。

對遠程儀表等無法使用以太網通訊的設備，我們設計使用云盒子的ModbusRTU功能將儀表的信息采集到云盒子，使用云盒子將這些數據轉換為ModbusTCP數據，通過WL-430T-AK建立的網絡傳輸至控制中心。控制中心的數據采集平臺使用WISCADA工業組態軟件完成。

選用WiSCADA 2.0軟件作為選煤廠智能工業私有云架構的數據采集及處理平臺。

WiSCADA軟件采用C/S、B/S架構，軟件界面友好，編輯方式基于Windows風格，在線幫助文檔通俗易懂，用戶只需稍微學習便可自己開發HMI畫面。圖像界面支持自由縮放、鼠標漫游、自適應屏幕、透明色、過渡色、旋轉/傾斜、幻燈顯示，內嵌JAVASCRIPT，用戶可以自主開發更高級的功能。支持表達式、觸發器、定時器、多語言、XML支持、變量替換、定制圖形。支持Windows XP/7/8/CE/SERVER的32/64位操作系統。網絡版除了具有單機版的全部功能外，還支持WEB端、網絡客戶端方式通過局域網訪問，另外，網絡版還支持智能移動終端安裝APP通過互聯網訪問組態服務器，APP支持Android和IOS。WiSCADA軟件支持3D功能，用戶可以自由編輯3D圖形，讓自己的HMI畫面更加絢麗多彩。

在WiSCADA中配置報表顯示界面，將選煤廠內需要匯集成報表的數據都集中整理在報表中，使其根據需要按日、周、月、季度、年時間節點備份成CSV格式文件存儲在私有云中。用戶可登陸私有云中的報表服務器查看所有報表。

在WiSCADA軟件中，啟用內網穿透功能，將已經做好的HMI畫面通過安全的網絡路勁發布到互聯網，用戶通過安卓或蘋果的手機、平板電腦等智能移動終端設備通過4G/ WiFi就可以輕松的訪問到HMI畫面，用戶可配置APP單獨顯示不同于PC的畫面。用戶使用手機或IPAD等手持移動終端在現場巡檢時可實時查看系統運行情況，經過允許的用戶可以對現場設備進行啟停操作。

在WiSCADA軟件中配置微信和Email報警功能，將整個系統所有需要報警的變量按照嚴重等級區別配置報警級別，將嚴重的報警微信推送到指定負責人，將中等程度的報警推送給廠區維護人員即可。將低等程度的報警信息只做報警提示即可。

在私有云中的客戶端虛擬機上安裝WISCADA-Client軟件，用于監視和查看HMI服務器的數據和畫面，多個用戶可以使用RDP協議時連接到該虛擬機查看畫面。

三、智能巡檢

如圖所示：

經過廠區網絡覆蓋與數據采集處理環節之后，整個選煤廠的無線網絡已經可以與控制中心形成局域網連接。巡檢人員此時手持智能平板在廠區任何地方都可以連接到無線網絡，從而保證可以獲取到控制中心的數據。

1）設備狀態信息

巡檢人員手持智能平板在廠區移動巡檢過程中，可實時查看到當前工藝段的設備運行信息和生產消耗信息、設備已運行時間等內容。

2）運行報警信息

巡檢人員在廠區移動巡檢過程中，如果有設備發生異常，可觸發控制中心報警系統，報警系統經過整理篩選后將該異常情況及時推送給正在巡檢的人員和相關維護人員，做到及時處理異常，減小二次事故損失。

3）現場日常維護

巡檢人員在廠區巡檢時，使用智能平板巡檢可代替傳統的紙質記錄，所有巡檢信息都可直接記錄在智能巡檢系統內，可采用拍照保留圖片、視頻、音頻等多媒體方式記錄現場情況，比紙質記錄更加詳細準確。而且，如果巡檢人員遇到需要與上級領導溝通的情況時，可直接使用平板的語音對講和視頻對講功能，將現場實際情況展現給領導和同事。

4）數據歸檔查看

巡檢人員在廠區巡視時，可通過智能平板查看到當前設備的歷史運行記錄與當前實時狀況做對比、將歷史生產效率與當前實時生產效率做對比、達到及時發現生產故障，及時處理問題，提高設備生產率的目的。

四、方案優勢

1、基于4G公網和WiVPN技術的遠程數據采集及設備維護方案優勢

◆遠程訪問整個網絡站點

◆支持數據監控，遠程維護和遠程故障診斷

◆專網專用，保證數據安全

◆不再需要進行現場維護，節約時間和差旅成本

◆需要進行監控的網絡站點數量大小完全按照客戶的實際需求，并且沒有最大數量的限制要求，網絡可無限擴展，足以滿足各種工況要求

◆使用開放的標準互聯網技術

◆通過因特網實現工業網絡遠程訪問與控制

◆遠程訪問SCADA、HMI和PLC系統