WL-245H工业Wi-Fi与WiSCADA助力选煤厂智能化建设

• 关键词：伟联,WiRouter
• 摘要：为提升选煤厂数字化智能生产水平，简化人为参与生产工作量，提高巡检人员工作效率及巡检合格率，设计使用智能平板连接厂区WiFi的方式实现智能巡检目的。

为提升选煤厂数字化智能生产水平，简化人为参与生产工作量，提高巡检人员工作效率及巡检合格率，设计使用智能平板连接厂区WiFi的方式实现智能巡检目的。智能平板上可实时显示当前工区工况，并且可随手记录已发生问题，具体如下：

一、大功率无线设备厂区覆盖

设计说明：

（1） 整个无线网络均采用802.11ac大功率工业WiFi设备，具有带宽大，抗多径干扰能力强，网络传输速率快的特点。

（2） 工作频段选用ISM 全球免执照运行的5.8GHz频段。

（3） 天线室内吸顶天线。

（4） 采用就近获取电源的方式。电源采用24VDC。

（5）智能平板采用定制化产品，安装安卓系统

根据选煤厂地形特点，选择合适位置安装WL-245H-S工业大功率WiFi设备，用于对全厂区进行WiFi覆盖。厂内人员可以拿手机、IPAD等智能移动终端设备连接到厂区WiFi。

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。最大传输速率可达1.3Gbps，视频传输更流畅。5G频段的无线信号抗干扰性大大增强，相对于2.4G网络，几乎不存在网络拥堵现象，特有的节能设计，让传输终端更省电。

WL-245H-S无线通讯模块搭建的WiFI网络可实现无缝漫游，即用户使用手持终端在WiFi覆盖区域内移动时，智能终端会根据WiFi信号的强弱自动选择最佳的AP节点连接，这种切换是自动进行的，切换时间小于50ms。

如图所示，我们设计使用光缆和网线将所有AP连接起来，在每个无线覆盖区域节点都安装一台4光24管理型交换机，该交换机通过光缆与中心机房的核心交换机连接起来。楼内每层根据实际需要布置AP接入点。所有AP链路都汇聚到控制中心的汇聚交换机上统一管理。

1）配电室

配电室为三层钢筋混凝土结构建筑，1层为低压柜房间、2层为电缆间，不需要无线覆盖，三层为高压柜和PLC控制柜。 

在一层2个房间天花板合适位置安装吸顶天线，并在天花板内放置AP节点，从电源处连接220VAC电源至AP节点配电箱。同一楼层2个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

在三层天花板合适位置安装吸顶天线，并在天花板内放置AP节点，从机房电源处连接220VAC电源至AP节点。同一楼层3个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

2）主厂房

主厂房共有6层建筑，中1/2/3层分别独立，4/5/6层为大平台区域，每层都有机械设备。经过实地查看，每层室内WiFi吸顶天线可以安装在楼顶部。在主厂房控制机房安装一台WL-1424M-L2工业级网管型交换机，用于汇聚所有AP站点网络并且将其连接到中心机房内的核心交换机上。具体如下

一层

如图，在一层天花板合适位置安装吸顶天线，并在天花板内放置AP节点，从机房电源处连接220VAC电源至AP节点。同一楼层2个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

二层

如图，在二层天花板合适位置安装吸顶天线，并在天花板内放置AP节点，从机房电源处连接220VAC电源至AP节点。同一楼层2个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

三层

如图，在三层天花板合适位置安装吸顶天线，并在天花板内放置AP节点，从机房电源处连接220VAC电源至AP节点。同一楼层3个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

四、五、六层

如图，四五六层外侧为空旷的区域，人员活动在四五六层控制室的玻璃墙内，因此此处只需要在外侧区域合适位置布置4套AP，从机房电源处连接220VAC电源至AP节点，4个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

3）浓缩泵房

浓缩泵房分为2层，1层为泵房，2层为控制室。在1层的天花板合适位置安装吸顶天线，并在天花板内放置AP节点，从机房电源处连接220VAC电源至AP节点，AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

在2层天花板合适位置安装吸顶天线，并在天花板内放置AP节点，从控制室电源处连接220VAC电源至AP节点。同一楼层2个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

4）原煤仓

选煤厂有2做原煤仓，其底部为人员活动区域，因此，只需要覆盖底部区域即可。。

在1#原煤仓和2#原煤仓底部分别安装4套无线AP设备并配置全向吸顶通讯天线，从控制室电源处连接220VAC电源至AP节点，每个原煤仓底部的4个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

5）锅炉房

锅炉房为一层建筑，人员活动区域主要为加煤房间和锅炉房间，因此，在这两个房间的天花板合适位置分别安装1套吸顶天线，并在天花板内放置AP节点，从机房电源处连接220VAC电源至AP节点。同一楼层2个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上。

锅炉房右侧有2层建筑的控制室，人员活动区域为3x30m狭长范围，因此在1/2层分别配置2套无线AP节点及吸顶天线即可。从机房电源处连接220VAC电源至AP节点。同一楼层2个AP之间通过WDS技术无线桥接起来，靠近电缆井一侧的AP节点使用网线连接到机房的交换机上

6）筛分楼

筛分楼共有6层，其中1-4层为原煤筛分区域，5-6层为筛分楼与原煤仓输煤廊桥连接区域。

我们设计在筛分楼控制室安装一台WL-1424M-L3工业网管型交换机，用于汇聚AP节点和与核心交换机通讯。

一层

在筛分楼1层根据机械设备安装位置，在人员活动区域设计安装3套AP吸顶天线和AP节点，楼内的3个AP节点使用WDS技术做无线桥接，靠近建筑物电缆井一侧的AP和楼外的AP都使用网线连接到机房内的汇聚交换机上。

二层

在筛分楼2层根据机械设备安装位置，在人员活动区域设计安装2套AP吸顶天线和AP节点，楼内的2个AP节点使用WDS技术做无线桥接，靠近建筑物电缆井一侧的AP和楼外的AP都使用网线连接到机房内的汇聚交换机上。

三层

在筛分楼3层根据机械设备安装位置，在人员活动区域设计安装2套AP吸顶天线和AP节点，楼内的2个AP节点使用WDS技术做无线桥接，靠近建筑物电缆井一侧的AP和楼外的AP都使用网线连接到机房内的汇聚交换机上。

四层

在筛分楼4层根据机械设备安装位置，在人员活动区域设计安装2套AP吸顶天线和AP节点，楼内的2个AP节点使用WDS技术做无线桥接，靠近建筑物电缆井一侧的AP和楼外的AP都使用网线连接到机房内的汇聚交换机上。

五、六层

筛分楼5层和6层是输煤廊桥连接区域，地方狭小，分别只需在人员活动区域安装1套AP吸顶天线和AP节点，AP都使用网线连接到机房内的汇聚交换机上即可。

7）输煤廊桥

输煤廊桥在原煤仓——筛分楼、筛分楼——主厂房1、筛分楼——主厂房2，其中原煤仓——筛分楼之间越100米，中间无弯曲，只需在廊桥两端安装定向天线加AP节点即可。

在筛分楼——主厂房1和筛分楼——主厂房2之间的输煤廊桥上，由于中间部位比两端稍高，无线天线无法做到可视，因此，需要在廊桥两端和中间都安装天线和AP节点，其中中间部位用全向天线，两端用定向天线。三个AP节点使用WDS模式配置。

8）产品仓

产品仓为三个桶型建筑，其底部配电室还未建成，更具规划面积，预计使用4个AP节点接客覆盖。

另外，产品仓与主厂房之间有2道输煤皮带线还未建设完，根据规划长度和弯曲度，需要在皮带线两端及中间各安装天线及AP节点，两端使用定向天线，中间使用全向天线三个AP节点使用WDS模式配置。

9）办公楼

办公楼为长方形规则建筑，共三层，底面积约10x50㎡，人行走过道在建筑物内部中间位置，因此，只需在过道的天花板上合适位置安装吸顶天线及AP节点即可，设计每层安装4个吸顶天线和AP节点，每层的AP节点之间使用WDS模式连接，靠近电缆井一侧AP使用网线连接至办公楼机房的交换机即可。

10）室外WiFi覆盖

为保证选煤厂整个厂区能够被无线网络全覆盖，我们设计在产品仓楼顶部署2套AP节点及定向大增益天线，在主厂房楼顶左右两侧及后南侧各安装1套AP节点及定向大增益天线，在原煤仓顶部安装1套AP节点及定向大增益天线，办公楼前安装1套AP节点及定向大增益天线。在筛分楼顶部安装1套AP节点及定向大增益天线，办公楼前安装1套AP节点及定向大增益天线，如下图所示

二、选煤厂数据采集平台设计

如图所示，对远程PLC的数据采集采用WL-430T-AK工业4G路由器作为网络连接工具，使用该设备内部的WiVPN功能将远程的控制系统网络与控制中心的网络建立通过4G网络建立稳定的网络连接，控制中心使用采集软件采集PLC或者其他设备的数据。

对远程仪表等无法使用以太网通讯的设备，我们设计使用云盒子的ModbusRTU功能将仪表的信息采集到云盒子，使用云盒子将这些数据转换为ModbusTCP数据，通过WL-430T-AK建立的网络传输至控制中心。控制中心的数据采集平台使用WISCADA工业组态软件完成。

选用WiSCADA 2.0软件作为选煤厂智能工业私有云架构的数据采集及处理平台。

WiSCADA软件采用C/S、B/S架构，软件界面友好，编辑方式基于Windows风格，在线帮助文档通俗易懂，用户只需稍微学习便可自己开发HMI画面。图像界面支持自由缩放、鼠标漫游、自适应屏幕、透明色、过渡色、旋转/倾斜、幻灯显示，内嵌JAVASCRIPT，用户可以自主开发更高级的功能。支持表达式、触发器、定时器、多语言、XML支持、变量替换、定制图形。支持Windows XP/7/8/CE/SERVER的32/64位操作系统。网络版除了具有单机版的全部功能外，还支持WEB端、网络客户端方式通过局域网访问，另外，网络版还支持智能移动终端安装APP通过互联网访问组态服务器，APP支持Android和IOS。WiSCADA软件支持3D功能，用户可以自由编辑3D图形，让自己的HMI画面更加绚丽多彩。

在WiSCADA中配置报表显示界面，将选煤厂内需要汇集成报表的数据都集中整理在报表中，使其根据需要按日、周、月、季度、年时间节点备份成CSV格式文件存储在私有云中。用户可登陆私有云中的报表服务器查看所有报表。

在WiSCADA软件中，启用内网穿透功能，将已经做好的HMI画面通过安全的网络路劲发布到互联网，用户通过安卓或苹果的手机、平板电脑等智能移动终端设备通过4G/ WiFi就可以轻松的访问到HMI画面，用户可配置APP单独显示不同于PC的画面。用户使用手机或IPAD等手持移动终端在现场巡检时可实时查看系统运行情况，经过允许的用户可以对现场设备进行启停操作。

在WiSCADA软件中配置微信和Email报警功能，将整个系统所有需要报警的变量按照严重等级区别配置报警级别，将严重的报警微信推送到指定负责人，将中等程度的报警推送给厂区维护人员即可。将低等程度的报警信息只做报警提示即可。

在私有云中的客户端虚拟机上安装WISCADA-Client软件，用于监视和查看HMI服务器的数据和画面，多个用户可以使用RDP协议时连接到该虚拟机查看画面。

三、智能巡检

如图所示：

经过厂区网络覆盖与数据采集处理环节之后，整个选煤厂的无线网络已经可以与控制中心形成局域网连接。巡检人员此时手持智能平板在厂区任何地方都可以连接到无线网络，从而保证可以获取到控制中心的数据。

1）设备状态信息

巡检人员手持智能平板在厂区移动巡检过程中，可实时查看到当前工艺段的设备运行信息和生产消耗信息、设备已运行时间等内容。

2）运行报警信息

巡检人员在厂区移动巡检过程中，如果有设备发生异常，可触发控制中心报警系统，报警系统经过整理筛选后将该异常情况及时推送给正在巡检的人员和相关维护人员，做到及时处理异常，减小二次事故损失。

3）现场日常维护

巡检人员在厂区巡检时，使用智能平板巡检可代替传统的纸质记录，所有巡检信息都可直接记录在智能巡检系统内，可采用拍照保留图片、视频、音频等多媒体方式记录现场情况，比纸质记录更加详细准确。而且，如果巡检人员遇到需要与上级领导沟通的情况时，可直接使用平板的语音对讲和视频对讲功能，将现场实际情况展现给领导和同事。

4）数据归档查看

巡检人员在厂区巡视时，可通过智能平板查看到当前设备的历史运行记录与当前实时状况做对比、将历史生产效率与当前实时生产效率做对比、达到及时发现生产故障，及时处理问题，提高设备生产率的目的。

四、方案优势

1、基于4G公网和WiVPN技术的远程数据采集及设备维护方案优势

◆远程访问整个网络站点

◆支持数据监控，远程维护和远程故障诊断

◆专网专用，保证数据安全

◆不再需要进行现场维护，节约时间和差旅成本

◆需要进行监控的网络站点数量大小完全按照客户的实际需求，并且  没有最大数量的限制要求，网络可无限扩展，足以满足各种工况要求

◆使用开放的标准互联网技术

◆通过因特网实现工业网络远程访问与控制

◆远程访问SCADA、HMI和PLC系统

◆支持网络类型：GPRS/EDGE/HSPA/4G

◆集成2个以太网端口与一个RS232端口

◆可以通过防火墙阻止未授权的接入

◆通过VPN隧道实现加密、安全数据的传输。

◆使用现有IP地址或者新的IP地址来满足系统需求

◆支持NAT (网络地址转换)，允许用户配置特定IP地址进行远程访问，例如： RTU 可以使用一个LAN IP地址192.168.1.254 ，VPN的IP地址可以设定为10.23.1.254

◆网络具备了充分的可扩张性

◆每一个设备都有一个独一无二的IP地址，可以在网络的任意节点进行访问

◆易于集成于现有的IT基础设施

◆专为工业应用设计

◆4G网络传输速率足以支持查看实时视频监控

2、WiSCADA性能优势

◆支持跨平台Windows XP/7/8/CE/SERVER

◆支持Android /IOS

◆支持电脑/电视/平板/手机

◆支持单机 /局域网/广域网/内网穿透/云服务器

◆支持C/S、B/S

◆支持DTU、模拟DTU功能

◆内嵌JAVASCRIPT

◆全面支持 OPC 技术

◆全面支持百度地图/GIS组件

◆图表组功能

◆真正的3D支持

◆安卓APP支持获取GPS纬经度、扫描二维码

◆增强的项目管理功能

◆增强图形转换

◆分布式窗口– 易于系统管理、扩充

◆灵活的用户安全管理、支持在线添加、修改、删除用户与密码

◆提供视频监控组件（完全支持海康威视）

◆提供丰富的关系数据库接口，支持MSSql、MySql、Access等常见的数据库接口

◆灵活的报表生成 – 内置运行库

◆多国语言的支持，包括中文

◆支持多种协议，可自定义万能协议驱动

◆支持ActiveX/COM/DLL，结合JavaScript，提高了系统与外部程序的交互能力，例如视频、门禁、数据库以及自定义功能模块等

3、WL-245H-S大功率WiFi性能优势

1）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）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）WL-245H -S具有防震动和抗撞击的特点 。

4）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）WL-245H -S采用IP55封装，具有体积小巧，质量轻等特点。

6）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。

7）高通讯速率

通过MIMO-OFDM技术将电台通讯速率提高到1.3Gbps。接收灵敏度可达到-92dBm