無線傳輸模塊在企業中的應用

張晉華

摘 要：目前國內一些企業開始做設備、能源、消防、安全等在線管理，能源的節約和分析、設備控制、消防安全的管理及時性都需要大量數據的做支撐，數據的完善和準確性成了制約系統前進的一個關鍵因素。但是新建廠房甚至在一些偏老舊的工業廠區，要實現大批量的數據上傳還是比較不方便。于是我們提出了一種點對點通信協議的低頻半雙工 LoRa 數傳終端設備在工業現場的使用，完美的解決了一定區域內數據的上傳，并且替代了之前應用比較多了DTU（SIM卡無線模塊）。

關鍵詞：DTU；LoRa ；無線傳輸；能源管理；智能化；效益

1 概述

USR-LG207-L是一款支持點對點通信協議的低頻半雙工LoRa數據終端，可實現串口和LoRa轉通信。在數據無線傳輸方面起到了關鍵性作用，一部分已經替代了原來比較傳統的插卡式DTU，后期維護費用少，操作簡單實用。

2方案設計

2.1系統組成

表現層上位機軟件開發、傳輸層光纜敷設、數據采集層USR-540串口服務器和接收方USR-LG207-L安裝以及儀表端發送信號USR-LG207-L的安裝。

2.2 數據采集層

2.2.1發射終端配置

USR-LG207-L 是一個支持點對點通信協議的低頻半雙工 LoRa 串口 LoRa 數傳終端，工作的頻段為：410～441Mhz。使用串口進行數據收發，降低了無線應用的門檻，可實現一對一或者一對多的通信。LoRa

具有功率密度集中，抗干擾能力強的優勢，LoRa 數傳終端通訊距離可達 8000m（空曠視距，晴朗天氣，天線增益 5dBi，天線放置高度大于 2m，0.268K 空中速率）。

現場儀表、設備需要通過無線采集，就需要每一個采集終端配置一個無線采集模塊USR-LG207-L，一個采集終端USR-LG207-L可以采集N個無線發射模塊USR-LG207-L。實現點對點通訊發送方和接收方需滿足 3 個條件：

速率等級相同（spd）；

信道一致（ch）；

目標地址相同（addr）或為廣播地址（65535）。

發射終端A和發射終端B需要跟接收終端B（可以是N個終端）配置成一樣，這樣算一個組合，只要數據通訊協議一樣都可以用一個采集終端采集，但是如果發射終端的協議不一樣，就需要在接收終端另外再增加一組接收終端。

2.2.2 采集終端配置

發射終端是比較零散的設備或者儀表，接收終端可以是光纜層的末端或者在服務器端配合LG207使用。LG207將接收回的信息傳回同一個串口，在接收端需要加裝一個串口服務器來接收LG207傳回的信息。一般配合LG207使用的是USR-N540，四個端口可以同時獨立工作，互不影響，支持 ModbusRTU 轉 ModbusTCP，通過端口號區分與哪個串口關聯（N540 設置串口模式可以通過網頁和撥碼開關設置，當網頁設撥碼開關模式時，撥碼開關起作用，當網頁設置串口為制定模式時，網頁起作用，網頁優先級高于撥碼開關），可以分別接收不同通信協議的儀表設備數據。

2.3傳輸層光纜光纜敷設

工業專網光纜敷設要符合工業網絡敷設要求，在廠區內避免與公司內網混亂，信號串擾小、保密性能好，抗電磁干擾、傳輸質量佳，電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾光纜適應性強，壽命長。一般都會設置專門的網段，有些實時性要求比較高的設備，比如遠程空壓機的啟停、遠程電動閥門的開閉等，使用光纜傳輸更穩定，另外一個是為了方便現場端口的擴展。

2.4表現層上位機軟件的開發

上位機軟件沒有什么特定要求，有些需要根據行業選擇組態軟件類型，行業沒有特別要求的，組態王、力控這些組態軟件應用比較廣泛，以下工程以力控為例。

2.4.1 虛擬串口建立

服務器端組態軟件如果建立的是MODBUS RTU設備，在現場的N540配置好后（配置成透傳模式），服務器端或上位機端要想和現場下位機和設備儀表通信，需要建立虛擬串口，服務器通過虛擬串口和配置的通道訪問下位機儀表和設備，如果服務器端組態軟件建立的是MODBUS TCP設備，那么在N540上工作方式需要配置成MODBUS TCP，工程下發信息時把 MODBUS TCP格式數據轉換成MODBUS RTU格式數據和現場儀表設備建立連接。

2.4.2 IO設備組態建立

上位機組態軟件要想和現場設備建立聯系，需要先建立IO設備組態，各種行業設備有時候通信協議不一樣，一般通用的設備會使用標準MODBUS，如果是串口通信就選擇MODBUS RTU，如果是網絡通信就選擇MODBUS TCP。但是有些設備，如電表有自己協議（DLT645協議），流量計廠家有時候配有自己開發的不通用協議，這個需要根據實際情況具體辨別。IO組態建立過程中會涉及到設備的一些特有參數，比如設備地址、波特率、校驗位、數據位、奇偶校驗位等，IO 建立時需要管理建立的虛擬串口才能訪問現場儀表設備。

2.4.3 數據庫組態建立

在IO組態建立完成后，需要建立在組態工程中用到的數據庫組態，在實際的畫面、報表以及曲線中用到的全局變量和中間變量變量都是在這里建設。變量建設過程中關聯IO組態中的設備，這樣采集到的數據實際傳送到了每一個變量中，具體的變量也就有了實際的數值和意義。

2.4.4 畫面報表建立

畫面和報表是組態中數據的載體，可以實時展現從現場儀表或設備采集回的數據，進一步的數據分析，圖表展示都是依靠這一步最基礎數據展開。報表曲線幫助用戶分析實時用能或設備的歷史情況、實時情況、給用戶提供了儀表設備分析的抓手，給能源節約和設備高效合理的工作提供了可能性。

3方案效果

點對點通信的低頻半雙工 LoRa 數傳終端有效的擺脫了有線或SIM卡DTU的限制，可以讓儀表采集更方便，安裝更隨意，保證了數據密度才能給管理提供更有力的保證。

方案的設計是突出管控，基于生產設備、能源儀表、互聯網、面向生產現場，集數據采集、過程監控、超標報警、數據分析統計為一體。緊抓影響生產的關鍵環節，從而為精益制造的實現提供可靠的數據支撐和管理抓手。通過生產設備運行過程中的各類現場實時數據的統計、分析，精準掌握生產現場。

參考文獻：

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