广东柯内特环境科技有限公司
摘要：水厂利用数传电台的无线传输功能控制泥位计，具有投资少、开通快、维护简单、适应性强、扩展性好等优点。
关键词：泥位计；无线传输
一、方案概述
1、泥位计简介
西门子妙声力的InterRanger DPS 300超声波泥水界面计（以下简称“泥位计”）是一个基于微处理器的污泥层厚度检测系统，可以检测两个初级澄清池中的泥位。用1或2个非接触的Echomax XCT—12型超声波传感器和先进的回波处理技术连续监视污泥层的厚度，可以显著提高生产效率，增 加产出量，降低污泥处理的费用。泥位计输出为4～20mA标准模拟信号。
某水厂现有的多台排泥车由一套中型PLC在控制室实现远程控制，电源及控制系统信号通过十六芯滑触线供给和采集，恒速运行。经过对水厂的了解，如果能将泥位计安装在排泥车上，则可以更好的引导排泥车工作，从而提高排泥效率。
2、采用有线传输的缺点
由于目前水厂排泥车和控制室之间都是采用滑触线进行有线通讯，因此也曾考虑在泥位计和控制室之间也采用有线传输。但是水厂的滑触线已经不够用来连接两端设备，而且六台排泥车就需要六台泥位计，由于滑触线线芯多，与集电器的接触面积小，而桁车轨距较大，行走过程中可能有一 定的左右摆动，会加剧集电器碳刷的磨损和变形，从而易引起碳刷与导线的接触不良。
3、采用无线传输的优点
采用无线传输，除不会出现滑触线遇到的问题外，还具有如下优点：
※ 投资少。选用有线通讯方式，需要自己购买并架设电缆，挖掘电缆沟，需要大量的人力和物力；租用电信专线，每月需要分付运行费。而用无线方式传输，只需要在终端购置几个模块或连接电台架设天线申请频率段后即可。
※ 开通快。当远程站点与主站相互连接距离达到数公里或以上时，运用有线方式，工程周期可能需要数个星期。而采用无线传输方式，只需要几天即可。
※ 维护简单。有线通讯线路的维护需要沿线路检查，出现故障，一般很难及时找出故障点。而采用无线传输，只需要对相应的模块进行检查或者维护电台，能迅速找到原因，即时恢复正常运行。
※ 扩展性好。在用户组建好一个通讯网络之后，常常因为系统的需要增加新的设备。若采用有线的方式，需要重新布线，施工比较麻烦，而且有可能破坏原来的通讯线路，但是如果采用无线方式，只需在新增设备上配置模块或与电台相连接就可以实行系统的扩充。
二、方案选择
利用无线通讯方式传输信号，目前有两种主流方法：一种是借用GSM、CDMA等公用信息网传输，另一种是建立专用无线传输系统，利用无线电台传输。其中无线电台中，又有模拟数传电台和数字数传电台之分。
方案一：采用GSM公用信息网传输。利用移动和联通的GSM公网平台，购买GPRS模块，二次开发，去当地移动或联通办理相应手续使用。
1、GSM通信概述
GSM移动电话通信是我国移动电话通信服务的主要通信网络，移动网络除了在商务应用外，工业应用也越来越受到重视。GSM标准中定义的点-点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为SMS- GMSC的特定MSC同GSM网络联系的。
2、GSM 无线通讯模块的通讯流程是：.png)
第一阶段：分布的终端将收集处理的监控信息通过GSM/GPRS无线通讯模块以短消息形式发往GSM运营商网络信息中心
第二阶段：SM运营商网络信息中心检查该信息的目的地，将信息转发到目的地。（如目的地未开启，服务中心将暂时保存该信息，直到目的地设备开启）
第三阶段：目的地无线通讯模块接收到发来的信息，交监控信息系统的工作站或者服务器进行处理。
具体做法是用户在配置无线数据MODEM和GPRS模块后，安装在每台泥位计上，然后向当地移动或联通申请租用公网平台，获得一个静态IP地址，通过GSM网络以SMS（短信息业务）无线传递数据，同时用户可以通过在线联网实时查看数据的传递情况。
方案二：采用数字数传电台进行通讯。
1、数传电台的发展
建专网简单地选择就是用数传电台。数传电台的使用从最早的按键电码、电报到模拟电台加无线MODEM，发展到目前数字电台和DSP、软件无线电，传输信号从代码、低速数据（300～1200bps）到高速数据（N*64K～N*E1），可以传输包括遥控遥测数据、数字化语音、动态图像等业务。目前 使用的数据传输电台，主要有模拟电台加MODEM、数字电台、网络图像电台等。
2、数字数传电台的特点
数字式数传电台采用DSP芯片，有信道编码，前向纠错功能。它采用了数字调制解调CPFSK、相干解调、Viterbi译码、均衡软判决等技术，软件处理增益达7dB。具有如接收场强指示、误码统计、告警指示、本地和远程诊断网管远程维护功能，传输速率达19.2Kbps，收发转换小于7mS，与各 种PLC、RTU、仪表等直接连接，支持MODBUS、Profibus等协议，可以实现一对多（轮询方式）和多对一（上报式）传输。
方案三：利用模拟数传电台进行通讯。
1、模拟数传电台概述
目前国内遥测遥控电台很多采用所谓的“专业数传电台”，是由工作于230MHz频段的模拟调频对讲收发信机（即车载式对讲机）加MODEM改制而成的。其实，这种方式在国外早已淘汰弃用。220～240MHz频段是我国无线电管理部门规划分配的数据传输业务允许使用的频段之一，工作于该频段 的模拟车载台有包括美国摩托罗拉、新西兰大吉、日本日精、日本日立及国内（深圳、北京）等公司的产品。
2、模拟数传电台相对于数字数传电台，有以下优缺点：
※优点：价格便宜，一般在1000～3000元之间。
※缺点：
不可靠——车载式对讲机设计上要求不能连续发射，否则烧功放；
作为数传台用时需要配国产调制解调器，其器件及工艺较差；
业余无线电使用技术，对环境及电源范围要求较高。
指标低——传输速率一般为1200/2400bps，需用综合测试仪反复调试才能达到较好的10-6误码灵敏度；
误码高——单锁相环及PTT时延造成收发转换时间50ms以上，发射端容易丢掉字头数据；
调频静噪尾噪声（FM SQL tail）造成在接收端出现多余的字符；
无纠错编码，受干扰后，数据传输容易失败。
无网管——如果数据传不回来或控制不能下达，无法判断是停电、电源坏、信号差、天馈线不匹配、温度高还是RTU无数据。
比较以上三种方案，方案一要租用公网平台，要交包括IP地址租用费（静态IP）和数据流量计费。公众网面向公众业务，信道共用，论次收费，目前发短信息0.1元/次，在用户量较大时，容易造成信息阻塞和丢失，不能保证实时收发信息，有机构部门统计过收发短信息的平均时间是11秒， 时间长的达30多分钟（见2000年 《移动通信》杂志），所以在系统要求覆盖范围广或终端传输数据量不大的情况下，用公网方式好。方案二和方案三申请专网频率每年要交适当的费用，建专网要向当地无委会申请一个专用频率（一般为230MHz频段），如果不想申请，也可以用2.4GHz频段 扩频电台。方案三虽便宜，但可靠性太差，方案二在数据量大、实时性要求高、覆盖范围低的情况下比较合算。根据水厂的实际情况，泥位计和中控室距离不过几百米，并且对数据的实时性、可靠性等有要求，因此建议采用建立专网，利用数字数传电台传输。
三、方案阐述
根据水厂的具体情况，列出了如下图的配置：.png)
注：以上图中M代表泥位计
在以上的简略配置图中，分别就接收端和发射端给出了两种选择。
第一种配置中，中控室接收端，客户可直接采用三菱的PLC接收电台传过来的信号；泥位计发射端，采用了研华数据I/O转换模块，此模块可以接收4～20mA模拟信号，但是输出方式为RS－485，而数传电台仅能以RS－232方式输入，因此需要加装转换器，将485输出转为232输出。此种配置， 理论上很可行，而且可靠性较好。但是这样配置必须重新考虑泥位计、IO模块和电台之间的通信协议，并且相互之间的软件很难兼容。
第二种配置中，整体考虑采用RTU（远程终端模块）＋电台的方法。在泥位计端用RTU+电台把信号传给中控室，在中控室用RTU+电台把信号接收到以后，再转为模拟信号送给三菱的PLC，这样就不存在软件的兼容问题，而且此种配置安装调试简单，所有的指令已经集成在RTU中，无需另行编 程。
建议用户采取第二种方法进行配置，发射端每台泥位计安装RTU＋电台，接收端只需一套RTU＋电台即可接收所有信号。
推荐配置：
配置1：
中控室接收端：EL7052型MDS数传电台、PK-25型MDS电台专用开关稳压电源、CA200A-2型吸盘天线
泥位计发射端：
EL7052型MDS数传电台、PK-25型MDS电台专用开关稳压电源、CA200A-2型吸盘天线、LP-2B Plus型避雷器（用于电台）、V20-C/2型德国OBO电源避雷器、JD-50型避雷器接地铜缆、ADAM4520型研华转换器、ADAM4017型研华I/O模块
配置2：
中控室接收端：HY120型工业控制RTU、HY230V型无线数传电台、电台专用开关稳压电源、玻璃钢全向天线
泥位计发射端：HY115型工业控制RTU、HY230V型无线数传电台、电台专用开关稳压电源、吸盘天线、日本钻石避雷器
四、方案总结
用无线电台组建专用无线数据传输方式，具有投资少、开通快、维护简单、适应性强、扩展性好等优点。模拟数传电台安装方便，原理简单，但由于其致命的弱点，现已逐渐被数字数传电台代替。数字数传电台以其性能优异、传输可靠和坚固耐用，已逐步占据工业无线通讯的主流方式。公 众网的GSM系统虽然也有覆盖范围广、小区制多基站、数据速率高、信息有效可靠等优点，但就该水厂当前的实际情况来看，运用此系统则不是很合理。
泥位计通过无线数传电台进行传输，最大的优点是扩展性好。水厂建好这个通讯网络之后，以后可能会因为系统的需要增加新的设备。若仍采用滑触线这种有线方式，则需要重新布线，施工比较麻烦，而且有可能破坏原来的通讯线路，但是如果采用无线方式，只需在新增设备上配置模块或 与电台相连接就可以实现系统的扩充，其方便、快捷的优点，十分适合水厂进行后期改造。
论文作者:罗金
论文发表刊物:《基层建设》2015年8期
论文发表时间:2016/9/1
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