堆取料机远程监控解决方案
一、 功能需求
某码头项目共 5 个机型，10 台堆取料机设备，现要求将这 10 台堆取料机设备通过无线通讯的方式实现控制和监视； 无线通讯装置采用国家允许的通用工作频率（2.4G/5.8G），无线通讯同时传输数据（PLC、CMS、激光盘煤系统数据、GPS 数据等），所选择的通讯方式必须保障数据传输的稳定可靠。 无线通讯系统配置避雷装置，保障通讯系统正常。无线通讯装置安装在下部平台合适位置，天线的安装位置由卖方结合现场实际情况确定。
二、 方案设计
2.1设计目标与原则
本方案主要解决堆取料机和中控室的无线数据交换问题。以及如何保证整个无线网络的可靠性与稳定性。以较低的成本实现方便、安全、可靠、扩展性强的网络通讯环境。
整个系统的设计将贯穿以下设计原则：
先进性
选用先进的 5.8GHz 无线网络设备，采用先进的设计思想，使网络在今后一定时期内保持技术上的先进性。
稳定性
网络的稳定性对系统的可用性和使用率来说至关重要。有很多因素都会影响无线网络的稳定性，如天线位置和朝向、发射功率、信号干扰等，所以应由经验丰富的团队来实施。
安全性
WPA2 个人级 – 802.11i AES，带 Passphrase 口令 支持传统的 WPA TKIP，WEP MAC ID 过滤，具有抗振动、抗冲击认证。可管理性
网络系统应具有良好的可管理性，这点对无线网络来说尤其重要，因为无线网络设备多半铺设在人员不容易到达的地方。远程监控、远程升级、准确判断故障等功能能够使网络管理人员能方便及时地掌握诸如网络拓扑结构、网络性能统计、网络故障等信息，能简便地对网络进行统一配置和调整，确保网络工作在良好状态。
可拓展性
网络设计在充分考虑当前情况的同时，必须考虑到今后设备扩展的需要，留有充分的升级和扩充的可能性。
2.2设计说明
（1）整个无线网络均采用 802.11ac 大功率无线设备，具有带宽大，抗多径干扰能力强的特点。
（2）工作频段选用 ISM 全球免执照运行的 5.8GHz 频段。
（3）天线选择玻璃钢全向天线。
（4）设备安装在机柜内，天线安装在支架上。设备体积小，所需安装空间比较小。
（5）室外天线安装专用 0-6GHzGHz 避雷器。避免雷电对电台的损坏。
（6）采用就近获取电源的方式。电源采用 24VDC。
三、 硬件设备
3.1 无线通讯装置
无线通讯装置我公司选用加拿大WitLinc生产的WL-245H-S型工业大功率WiFI通讯模块， WL-245H-S工业大功率WiFI模块为工厂、SCADA 自动化、 过程控制系统和移动办公，Wi-Fi 基础设施等提供安全可靠的无线解决方案。该无线模块工作在 5 GHz频段。工作模式可以支持： AP、Repeater、Client模式。 802.11ac 技术带来高达 1.3Gbps 的快速数据传输速率。同时在恶劣的工况条件下，保证网络连通的稳定性。快速漫游技术可以使移动中的无线设备在 50 ms 以内完成在不同AP之间的切换，从而解决了以往快速移动设备采用无线通信时常出现的通讯中断的问题。
模块说明：
WL-245H-S 无线通讯模块专为工业应用而设计，最大发射功率可到1W，可以广泛应用于石油&天然气、煤炭、矿山、钢铁、水处理、新能源和其他工业行业。通过该模块可以方便的将现场的 PLC、变频器、DCS 以及现场仪表进行连接。
WL-245H-S无线模块基于802.11ac MIMO技术，拥有2个802.3以太网端口，1个WAN端口，1个LAN端口。不同IP段的系统都可以通过WL-245H-S 模块连接。
- 无线安全策略遵从集中管理(802.11i)，通过QoS控制数据优先级（802.11e）
- 支持802.11AC无缝漫游（802.11r），切换时间小于50ms
- 可支持国别选择（802.11d）
- 支持动态频率选择（DFS）空时块编码（STBC）
- 无线传输8-10km
- 无线速率可到1.3 Gbps （OFDM）组播，3×3 MIMO技术
- 2个带路由功能的1000Mpbs以太网端口
- 支持基于5.150GHz-5.875Ghz的WiFi 802.11a/n/ac
- 支持路由功能，可通过网页设置静态路由表
- 强大的防火墙功能，端口转发，NAT
- 支持视频监控与控制系统同时传输
- -40°C to +70°C ——工业室外环境中，长期稳定运行
- 可支持WiVPN
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技术规范 |
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无线 |
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无线标准 |
支持IEEE 802.11n, 802.11h, 802.11i,802.11a, 802.11g,802.11ac (Legacy)无线标准 |
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信道数据速率(802.11a/g/n/ac) |
1300,900,300,150,54, 48, 36, 24, 18, 12, 9, 6 Mbps |
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频带 |
5.150 GHz to 5.850 GHz |
36 to 165 |
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传输功率 |
0-30 dBm (802.11ac) 可调 |
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接收灵敏度 |
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发射功率 |
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安全性 |
64/128-bit WEP (Wired Equivalent Privacy) WPA & WPA-PSK &WPA2 -PSK(Wi-Fi Protected Access) MAC ID filter |
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硬件规格 |
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重量 |
1.2 lbs （543g） |
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安装 |
铝制 DIN导轨 |
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接口 |
2×RJ45（10/100/1000Mbps），3×SMA，1×DB9，1×Rs485，2×DO |
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温度 |
工作：-40℃ - 70℃ 存储：-40℃ - 85℃ |
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相对湿度 |
95% (不结露) |
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冲击 |
IEC 60068 2-6 (20g, 3-Axis) |
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振动 |
IEC 60068 2-27 (5g, 10Hz to 150Hz) |
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电源 |
9-36 VDC |
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功率 |
工作: 130mA@24VDC 最大: 250mA@24VDC 平均:160mA@12VDC |
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相关认证 |
CE、RoHS、FCC |
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3.2 天线：WL-5517-DP
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型号 |
WL-5517-DP |
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频率范围-MHz |
5150-5850 |
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增益 |
17dBi |
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驻波比 |
≤2.0 |
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前后比 |
≥30 |
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E面波瓣宽度 |
11° |
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H面波瓣宽度 |
11° |
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隔离度-dB |
≥28 |
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标称阻抗 |
50Ω |
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极化方式 |
垂直 |
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最大功率 |
50W |
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接头 |
N-Jack |
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支撑杆直径 |
Ф40-Ф50 |
特点：
⚫双频段宽频带工作
⚫增益高、驻波小
⚫重量轻、体积小、低剖面
⚫防腐能力强
⚫提供抱杆安装套件
3.3 避雷器：WL-2458N-LP
⚫专为 2.4GHz、5GHz 双频设计，防雷效果好；
⚫结构简单，坚固，易于安装
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型号 |
WL-2458N-LP |
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频率范围 |
2000-6000MHz |
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输入阻抗 |
50Ω |
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最大功率 |
500W |
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电压驻波比 |
≤1.2 |
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接头 |
N-Jack |
四、 优势分析
4.1WL-245H-S 优势分析： 原料厂无线通讯存在的问题
1）现场电磁干扰，多径干扰严重
2）可燃性粉尘，腐蚀性气体浓度高
3）存在一定的震动强度
4）用户要求数据可靠快速
5）现场安装空间有限
6）对于诊断，维护，售后的要求高
4.1.1WitLinc 针对以上问题的应对方法
1）现场电磁干扰，多径干扰严重 ：WL-245H -S 采用独有的MIMO-OFDM 技术，将多径有效利用以达到抗多径干扰以及提高带宽。抗干扰能力强。
2）可燃性粉尘、腐蚀性气体浓度高：WL-245H -S 适合于安全等级要求较高的场合使用。而且可采用信号穿透力较强的 5.875GHz 频段。
3）堆取料机不停地运动，存在一定的震动强度：WL-245H -S 具有防震动和抗撞击的特点 。
4）用户要求数据可靠快速：WL-245H -S 在不牺牲通讯灵敏度和误码率的前提下，大大提高了通讯速度，最高可达到 1.3Gbps。
5）现场安装空间有限：WL-245H -S 采用 IP55 封装，具有体积小巧，质量轻等特点。
4.1.2结构灵活、延展性高
整个无线网络能够提供多种架构，点对点、点对多点、等方式、以适用多种复杂环境。若在已建设完成的无线网络中增加或减少无线设备，都可以轻松完成。
4.1.3高通讯速率
通过 MIMO-OFDM 技术将电台通讯速率提高到 1.3Gbps。
4.1.4接收灵敏度可达到-92dBm
4.2网络结构分析
按图中所示的网络拓扑图所示，在每辆车上安装一台WL-245H-S工业大功率WiFI模块， 并且配置定向通讯天线。在地面上对应位置分别安装一台WL-245H-S工业大功率WiFi模块， 同样配置定向通讯天线，将每台设备的天线面板方向对准对应车辆，使其WiFi信号发射和接受性能最佳。
在地面上，将所有WL-245H-S工业大功率WiFi模块LAN口使用以太网线连接起来，距离远的使用光纤连接。最终将网络接入到控制室，使得控制室工控机设备可以访问到所有车辆的装态信息。