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移动物料信息分布式传输方法及应用

发布时间:2018-10-13 14:55所属分类:理工论文浏览:1

摘要:在流程工业生产中,移动物料计量信息的传输普遍采用电台和无线模块。接收电台周围环境严重影响计量信息的传输效果,尤其是钢结构厂房、电磁干扰区内,数据传输过程中的丢包率、误码率相当严重。本文提出一种多节点分布式传输方法,根据各个生产作业区环

  摘要:在流程工业生产中,移动物料计量信息的传输普遍采用电台和无线模块。接收电台周围环境严重影响计量信息的传输效果,尤其是钢结构厂房、电磁干扰区内,数据传输过程中的丢包率、误码率相当严重。本文提出一种多节点分布式传输方法,根据各个生产作业区环境条件设置相应的WIFI节点数,实现对作业区的无线信号覆盖。网络覆盖区内无线模块、PDA终端(PDA)、终端查询设备通过节点工作频段和阵列天线自适应调节,实现数据传输最佳化。铜熔炼生产现场测试表明,此种传输方法可以有效消除周围环境的电磁干扰,数据丢包率低于0.1%。

  关键词:分布式传输,WIFI节点,自适应调节,阵列天线,丢包率

物料信息

  移动物料计量是冶金炉窑实现投入产出在线计算和进行金属平衡计算的前提条件,也是金属冶炼生产中产品质量控制的关键环节。传统的移动物料计量信息传输普遍采用无线电台接收和无线终端模块发射方式。无线电台经过多年发展,经历从模拟信号调制向数字传输的演变过程,传输速率、安全可靠性有一定的提高。无线电台可以用于组建通讯点数不多、传输数据流量小的无线网络〔1-2〕。

  由于无线电台采用无线设备终端逐一扫描的工作方式,其数据传输实时性不高。同时无线电台占用特定通讯频段,须向无线电管理委员会申请批准后方可架设。接收电台周围环境严重影响计量信息的传输效果,在电磁辐射国标许可范围内,尤其是钢结构厂房、电炉、转炉、闪速熔炼等高温冶金炉窑聚集区,数据传输过程中的丢包率、误码率相当严重。随着物联网技术的发展,性价比高、环境适应性强、绿色环保的分布式多节点数据传输技术将成为今后各大生产企业移动物料信息传输的主流,并最终取代传统集中式无线电台传输模式〔1〕。

  1关键技术问题

  基于WIFI无线网络覆盖下的移动物料信息计量系统主要包括数据信息采集协议解析与封装、数据传输链路系统构建、无线节点阵列天线自适应调节算法、复杂电磁环境下的调频抗干扰算法,通过各个节点感知的覆盖区内移动终端射频信号的强度和周围环境电磁辐射分布特性,强制移动终端在节点之间主动切换漫游,及时调节信号载波频段和节点阵列天线的方向选择,最大限度降低环境电磁干扰对计量信息传输过程造成的影响〔3-4〕。

  1.1数据传输链路

  中间物料转运是冶金生产过程中不可缺少的步骤,为及时统计炉窑投入产出情况,为配料操作提供决策支持,移动物料的数据信息传输非常重要。为实现移动车辆的数据信息WIFI无线网络环境下稳定可靠传输,系统根据数据功能流向不同将无线节点划分为3路VLan进行软件隔离。

  PDA移动终端与服务器数据库采用数据同步更新模式,PDA移动终端的应用程序获取车载移动物料的计量数据后启动SQLServerMobile客户端代理将数据记录暂存至本地数据库,同时启动SQLServerClient引擎将暂存至本地数据库的数据记录通过VLan1业务链路同步更新至远程数据服务器,在完成同步更新操作后删除本地数据库记录。

  车载终端应用程序对来自于移动物料称重设备RS232端口的数据依据约定的协议编码规则进行解析获取计量数据信息,按照生产要求对数据进行处理,经操作人员选定后形成数据操作记录,启动数据库ADO对象引擎并进行远程数据库连接初始化,将当前数据记录通过VLan2业务链路采用http协议插入到远程数据库指定的数据表内。

  终端查询应用程序通过查询输入输出接口指定查询炉号和炉次,终端查询系统定义并初始化SQLOLEDB动态链接库,同时启动数据库ADO对象引擎并进行远程数据连接初始化,在远程服务器端执行对象的查询更新操作。当前炉次的最终查询结果输出到DCS控制系统,为炉窑在线自动配料提供数据支持。

  1.2阵列天线自适应调节算法

  移动物料在环境复杂的多节点WIFI无线网络覆盖区内移动转运时,为达到计量数据信息传输最优,物料转运车辆和PDA移动终端必然在覆盖区内多个节点间进行漫游,同时为实现同一节点不同移动终端及转运车辆射频信号分配合理,节点阵列天线需根据其覆盖区内的移动终端PDA和车辆数量自动调节阵列天线指向角和分配每个终端对应的天线数量〔5〕。

  覆盖区内每个数据中继站分布的终端数量Qi,主动漫游阈值θ,选择数据传输路径Ri;根据数据传输路径Ri,调整阵列天线方位αi,k、数量Pi和射频发射功率RFi;实时更新系统状态,根据终端在覆盖区的空间位置状况、障碍物分布、各数据中继站接收到的终端射频信号强度IREC,调整参数信息,重新规划数据传输路径。

  2实施工程案例

  以金川集团公司铜冶炼厂一熔炼车间实际工程实施为例说明〔8-9〕,该车间厂房空间为450m×25m,车间厂房内共有1台铜合成炉(闪速熔炼+电极贫化区)、7台转炉、4台电炉、2台阳极炉,厂房内高温高粉尘,由于受电炉和铜合成炉贫化区电极以及动力系统变压器影响,电磁干扰极大,致使手机无法正常通讯。

  本项目采用分布式无线通讯模式对车间内移动物料进行在线计量,在车间厂房顶部和炉后共架设6个通讯节点、5个终端模块、6台PDA终端、6套终端查询系统、1台数据服务器,网络节点通过光纤接入网络交换机,PDA终端、无线模块和查询终端通过无线TCP/IP进行数据交互,由调度室的无线网络控制器统一进行调度管理和资源实时分配。

  网络控制器通过交换机对进入覆盖区内的所有授权查询终端、手持PDA、无线模块及控制节点进行实时定位、网络地址动态分配、被动漫游阈值调整、信息传输管理。本例采用双通讯链路冗余传输模式,一路由计量主机相连的无线模块经由节点直接至远程数据服务器,另一路由无线模块经由节点发送至PDA终端,再通过节点传输至远程数据服务器。数据服务器部署SQLServer2005企业级数据库,查询终端运行WinCE5.0系统,PDA终端运行Mobile6.0系统。

  为提高设备的运行效率和查询速度,查询终端和PDA终端均部署轻量级SQLCE4.0数据库,现场查询终端和PDA设备数据记录的存储和查询由SQLCE与远程SQLServer采用“PULL”、“PUSH”模式实现数据的即时同步更新。PDA主要对称重计量数据进行检斤、标识物料来源及去向,形成计量记录。查询终端主要检索远程数据库记录,提取所需信息,对炉况状态进行跟踪,为冶金炉窑配料提供决策指导。

  3应用效果

  移动物料计量信息分布式冗余传输算法解决了复杂环境下的无线数据传输问题,提高了数据传输的稳定性和可靠性,在电磁信号污染达40%以上时,系统仍能稳定可靠地进行数据传输。现场应用情况表明功能完善,操作方便。

  4结论

  移动物料信息分布式传输系统融合物联网信息技术,与集中式电台传输系统相比,具有绿色环保、传输带宽高、数据吞吐量大、数据实时性强、可靠稳定等特点,系统性价比高,方便组网,是新一代工业领域移动数据传输技术发展的趋势。

  参考文献:

  〔1〕宋伟伟.分布式系统数据传输中间件设计与导航技术研究[D].北京:北方交通大学,2006.

  〔2〕李书卉.分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现[D].大连:大连理工大学,2004.

  〔3〕万翔,施齐霖.分布式传输关键系统设计[J].船舶电子工程,2015,35(4):96-98.

  〔4〕杜金莲,李鑫,赵凤朝.分布式网络地形漫游数据系统的设计与实现[J].计算机科学,2013,40(10):18-21.

  〔5〕路博,王宝胜,徐宁,等.无线数据管理系统在选矿厂的开发与应用[J].矿冶,2014,23(5):77-80.

  〔6〕周仕飞,贾伟嘉,张立卓.基于二项式概率的冗余传输策略[J].计算机工程,2011,37(1):98-101.

  〔7〕赵杰,盖志刚,惠力,等.用于海洋水文数据无线传输的GPRS模块设计[J].气象水文海洋仪器,2011,28(4):49-52.

  〔8〕冯天晶,王焕钢,徐文立,等.基于筒壁振动信号的磨机工况监测系统[J].矿冶,2010,19(2):66-69.

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