机械化顶装炼焦炉空气环境连续在线监测系统组网方案带图.docx
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机械化顶装炼焦炉空气环境连续在线监测系统组网方案带图
机械化顶装炼焦炉空气环境连续在线监测系统组网方案带图
在线监测系统组网建议书
山西辰利自动化工程
2006年3月31日
机械化顶装炼焦炉空气环境连续在线监测系统组网方案
1概述
1.1系统差不多情形
机械化顶装煤焦炉测控系统从数据处理的角度能够分成数据采集子系统和可视化信息综合子系统。
如以下图:
1〕数据采集子系统要紧包括:
a〕炉顶连续监测系统
b〕装煤时连续监测系统
c〕出焦时连续监测系统
d〕炉门小炉门连续监测系统
e〕气象系统
2)可视化信息综合子系统
a〕要紧可视模块和支撑环境
b〕报表及其它可输出信息
机械化顶装煤焦炉测控系统的监测任务种类来划分,要紧分两个方面:
一个是对炼焦炉无组织排放烟气有害物质浓度的监测,再一个确实是对炼焦炉有害烟气泄露的监测。
测试完后需要把将相关数据通过有效实时的通信方式〔有线或无线〕传输到本系统的〝数据和操纵中心〞,并通过数据转化和数据处理得出测试结果储存起来。
数据采集子系统是测试设备和操纵这些测试设备的下位机,
测试设备包括:
滑行车车载颗粒物测试仪(HKLW)、滑行车车载摄像机(HSX)、装煤车车载颗粒物测试仪(ZKLW)、拦焦车车载颗粒物测试仪(CKLW)、SO2测试仪等。
下位机包括:
滑行车车载可编程操纵器(HPLC)、装煤车车载可编程操纵器(ZPLC)、拦焦车车载可编程序操纵器(CPLC)。
可视化信息子系统包括运算机信息终端设备、监控中心系统〔污染源自动监控中心信息治理软件和数据库等〕,简称上位机。
1.2建设需求
1.2.1组网特点
由于本系统是一个污染源的在线连续监测系统,不仅各种设备仪器众多,而且整个系统的自动化程度相当的高。
系统的数据采集和数据处理差不多上依靠运算机和网络来实现的,数据采集方面要紧是智能仪器如:
颗粒物测试仪、SO2测试仪、视频服务器等和可编程操纵器〔PLC〕来完成的,数据处理要紧是通过微机和服务器来完成的。
要使用监测系统高效可靠的完成在线监测任务,不仅测试设备和运算机的选型专门重要,更重要是如何把这些设备和运算机有机的组合起来,也确实是整个系统的组网问题。
此系统网络构建时面临以下几个特点:
1)整个系统的监测项目多,监测点多
2)测试设备对测试点的测试在移动中完成。
3)监测现场环境恶劣
4)监测系统自动化程度相当高,因此系统实时操纵能力要强,系统信息反馈能力也要强。
5)系统内运算机种类多样化。
有工业操纵装置PLC(可编程操纵器)、智能化监测仪器、PC(个人运算机)和运算机服务器等。
6)系统内通信方式和通信协议多样化。
有串口通信、基于TCP/IP的以太网的数据交换。
针对以上的系统特点,我们拟采纳基于有线技术和无线技术的混合局域网,也确实是说在〝监测现场〞采纳无线网络技术〔更好的满足测试设备在移动测试时刻数据通信的要求〕,在〝可视化信息综合子系统〞采纳有线组网的组网方式。
2局域网建设涉及到的差不多概念:
本系统在组网络过程中同时涉及到了有线和无线局域网技术以及无线电台通信的技术,一下对这几项技术做一个初步的介绍。
2.1局域网:
2.1.1局域网的特点:
局域网分布范畴小,投资少,配置简单等,具有如下特点:
1〕传输速率高:
一样为1Mbps--100Mbps,光纤高速网可达100Mbps,1000MbpS
2〕支持传输介质种类多。
3〕通信处理一样由网卡完成。
4〕传输质量好,误码率低。
5〕有规那么的拓扑结构。
2.1.2局域网的组成:
局域网一样由服务器,用户工作站,传输介质四部分组成。
1)服务器:
运行网络0S,提供硬盘、文件数据及打印机共享等服务功能,是网络操纵的核心。
从应用来说较高配置的一般486以上的兼容机都能够用于文件服务器,但从提高网络的整体性能,专门是从网络的系统稳固性来说,依旧选用专用服务器为宜。
目前常见的NOS要紧有Netware,Unix和Windows系列三种。
Netware:
流行版本V3.12,V4.11,V5.0,对硬件要求低,应用环境与DOS相似,技术完善,可靠,支持多种工作站和协议,适于局域网操作系统,作为文件服务器,打印服务器性能好。
Unix:
一种典型的32位多用户的NOS,要紧应用于超级小型机,大型机上,目前常用版本有UnixSUR4.0。
支持网络文件系统服务,提供数据等应用,功能强大,不易把握,命令复杂,由AT&T和SCO公司推出。
WindowsNTServer4.0,Windows200Server、 Windows2003Server等:
一种面向分布式图形应用程序的完整平台系统,界面与Win95相似,易于安装和治理,且集成了Internet网络治理工具,前景宽敞。
服务器分为文件服务器,打印服务器,数据库服务器,在Internet网上,还有Web,FTP,E—mail等服务器。
网络0S朝着能支持多种通信协议,多种网卡和工作站的方向进展。
2〕工作站:
能够有自己的0S,独立工作;通过运行工作站网络软件,访问Server共享资源,常见有DOS工作站,Windows95工作站。
3〕网卡:
将工作站式服务器连到网络上,实现资源共享和相互通信,数据转换和电信号匹配。
网卡(NTC)的分类:
(1)速率:
10Mbps,100Mbps
(2)总线类型:
ISA/PCI
(3)传输介质接口:
单口:
BNC(细缆)或RJ一45(双绞线)
3〕网卡:
将工作站式服务器连到网络上,实现资源共享和相互通信,数据转换和电信号匹配。
网卡(NTC)的分类:
(1)速率:
10Mbps,100Mbps
(2)总线类型:
ISA/PCI
(3)传输介质接口:
单口:
BNC(细缆)或RJ一45(双绞线)
4〕传输介质:
目前常用的传输介质有双绞线,同轴电缆,光纤等。
(1)双绞线(TP):
将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中,为了降低干扰,每对相互扭绕而成。
分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP).局域网中UTP分为3类,4类,5类和超5类四种。
(2)同轴电缆:
由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成,两导体间用绝缘材料隔开。
(3)光纤:
应用光学原理,由光发送机产生光束,将电信号变为光信号,再把光信号导入光纤,在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号,并把它变为电信号,经解码后再处理。
分为单模光纤和多模光纤。
绝缘保密性好。
2.1.3局域网的几种工作模式:
1)专用服务器结构:
(Server—Baseb)
又称为〝工作站/文件服务器〞结构,由假设干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来组成工作站存取服务器文件,共享储备设备。
文件服务器自然以共享磁盘文件为要紧目的。
关于一样的数据传递来说差不多够用了,然而当数据库系统和其它复杂而被不断增加的用户使用的应用系统到来的时候,服务器差不多不能承担如此的任务了,因为随着用户的增多,为每个用户服务的程序也增多,每个程序差不多上独立运行的大文件,给用户感受极慢,因此产生了客户机/服务器模式。
2)客户机/服务器模式:
(client/server)
其中一台或几台较大的运算机集中进行共享数据库的治理和存取,称为服务器,而将其它的应用处理工作分散到网络中其它微机上去做,构成分布式的处理系统,服务器操纵治理数据的能力己由文件治理方式上升为数据库治理方式,因此,C/S由的服务器也称为数据库服务器,注重于数据定义及存取安全后备及还原,并发操纵及事务治理,执行诸如选择检索和索引排序等数据库治理功能,它有足够的能力做到把通过其处理后用户所需的那一部分数据而不是整个文件通过网络传送到客户机去,减轻了网络的传输负荷。
C/S结构是数据库技术的进展和普遍应用与局域网技术进展相结合的结果。
3)对等式网络:
〔Peer—to—Peer〕
在拓扑结构上与专用Server与C/S相同。
在对等式网络结构中,没有专用服务器
每一个工作站既能够起客户机作用也能够起服务器作用。
2.2无线网络
无线网络的显现确实是为了解决有线网络无法克服的困难。
尽管无线网络有诸多优势,但与有线网络相比,无线局域网也有专门多不足。
无线网络速率较慢、价格较高,因而它要紧面向有特定需求的用户。
目前无线局域网还不能完全脱离有线网络,无线网络与有线网络是互补的关系,而不是竞争;目前还只是有线网络的补充,而不是替换。
无线局域网一样并可不能单独使用,更多的是有线和无线相结合,混合组网才能达到最好的使用成效,因此真正有用的是混合网络,专门是旧有线网络升级,采纳无线接入设备能够达到施工简便、周期短、见效快的目的,才能真正表达无线的使用价值。
但也应该看到,近年来,随着无线局域网产品的价格正逐步下降,相应软件也逐步成熟。
此外,无线局域网已能够通过与广域网相结合的形式提供移动互联网的多媒体业务。
相信在以后,无线局域网将以它的高速传输能力和灵活性发挥更加重要的作用。
从传输方式、网络拓扑、网络接口等几个方面来描述无线网的特点。
2.2.1传输方式
传输方式涉及无线网采纳的传输媒体、选择的频段及调制方式。
目前无线网采纳的传输媒体要紧有两种,即无线电波与红外线。
在采纳无线电波做为传输媒体的无线网依调制方式不同,又可分为扩展频谱方式与窄带调制方式。
1)扩展频谱方式
在扩展频谱方式中,数据基带信号的频谱被扩展至几倍-几十倍后再被搬移至射频发射出去。
这一作法尽管牺牲了频带带宽,却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。
由于单位频带内的功率降低,对其它电子设备的干扰也减小了。
采纳扩展频谱方式的无线局域网一样选择所谓ISM频段,那个地点ISM分别取于Industrial、Scientific及Medical的第一个字母。
许多工业、科研和医疗设备辐射的能量集中于该频段,例如美国ISM频段由902MHz-928MHz,2.4GHz-2.48GHz,5.725GHz-5.850GHz三个频段组成。
假如发射功率及带宽辐射满足美国联邦通信委员会〔FCC〕的要求,那么无须向FCC提出专门的申请即可使用ISM频段。
2)窄带调制方式
在窄带调制方式中,数据基带信号的频谱不做任何扩展即被直截了当搬移到射频发射出去。
与扩展频谱方式相比,窄带调制方式占用频带少,频带利用率高。
采纳窄带调制方式的无线局域网一样选用专用频段,需要通过国家无线电治理部门的许可方可使用。
因此,也可选用ISM频段,如此可免去向无线电治理委员会申请。
但带来的问题是,当临近的仪器设备或通信设备也在使用这一频段时,会严峻阻碍通信质量,通信的可靠性无法得到保证。
3)红外线方式
基于红外线的传输技术最近几年有了专门大进展。
目前广泛使用的家电遥控器几乎差不多上采纳红外线传输技术。
做为无线局域网的传输方式,红外线的最大优点是这种传输方式不受无线电干扰,且红外线的使用不受国家无线电治理委员会的限制。
然而,红外线对非透亮物体的透过性极差,这导致传输距离受限。
2.2.2网络拓扑
无线局域网的扩扑结构可归结为两类:
无中心或对等式〔PeertoPeer〕拓扑和有中心〔HUB-Based〕拓扑。
1〕无中心拓扑
无中心拓扑的网络要求网中任意两个站点均可直截了当通信。
采纳这种拓扑结构的网络一样是用公用广播信道,各站点都可竞争公用信道,而信道接入操纵〔MAC〕协议大多采纳CSMA〔载波监测多址接入〕类型的多址接入协议。
这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易、且费用较低。
但当网中用户数〔站点数〕过多时,信道竞争成为限制网络性能的要害。
同时为了满足任意两个站点可直截了当通信,网络中站点布局受环境限制较大。
因此这种拓扑结构适用于用户相对减少的工作群网络规模。
2〕有中心拓扑
在中心拓扑结构中,要求一个无线站点充当中心站,所有站点对网络的访问均由其操纵。
如此,当网络业务量增大时网络吞吐性能及网络时延性能的而恶化并不剧烈。
由于每个站点只需在中心站覆盖范畴之内就可与其它站点通信,故网络中点站布局受环境限制亦小。
此外,中心站为接入有线主干网提供了一个逻辑接入点。
有中心网络拓扑结构的弱点是抗毁性差,中心点的故障容易导致整个网络瘫痪,同时中心站点的引入增加了网络成本。
在实际应用中,无线网往往与有线主干网络结合起来使用。
这时,中心站点充当无线网与有线主干网的转接器。
2.2.3网络接口
这涉及无线网中站点从哪一层接入网络系统。
一样来讲,网络接口能够选择在OSI参考模型的物理层或数据链路层。
所谓物理层接口指使用无线信道替代通常的有线信道,而物理层以上各层不变。
如此做的最大优点是上层的网络操作系统及相应的驱动程序可不做任何修改。
这种接口放式在使用时一样做为有线网的集线器和无线转发器以实现有线局域网间互连或扩大有线局域网的覆盖面积。
另一种接口方法是从数据链路层接入网络。
这种接口方法并不沿用有线局域网的MCA协议,而采纳更适合无线传输环境的MAC协议。
在实现时,MAC层及其以下层对上层是透亮的,配置相应的驱动程序来完成域上层的接口,如此可保证现有的有线局域网操作系统或应用软件可在无线局域网上正常运转。
目前,大部分无线局域网厂商都采纳数据链路层接口方法。
3.2数传电台
无线数传电台作为一种最简洁的通行方式,具有专门长的历史,其差不多的特点是通联方便、简捷,同时也存在着封闭性强的特点,正是由于上述缘故,无线数传电台的市场空间专门的有限。
随着技术的进展和数字化进程的推广,数传电台的产品结构、应用领域和市场空间发生了庞大的变化,总的来说分为以下几个方面:
1)产品结构的变化
做为传统的产品结构,数传电台要紧是指工作频段在VHF、UHF工作的数据传输电台,发射功率在数瓦与数十瓦之间,传输速率在300-19200bps之间的数据传输电台,其覆盖的距离在数十公里。
我国无线电治理部门专门划出了两个频段作为无线数传的专用频段,分别为230M和860M两个频段,目前我国的绝大部分数传电台产品都分布在230M频段,860M的产品专门少。
由于数传电台为窄带的工作方式,尽管国家无线电治理局划分出来了足够的频率资源,但由于数传电台多为分布式的SCADA〔SupervisorControlAndAcquistion,即监测操纵及数据采集系统〕应用,因此无线频谱的利用率极低,制约了无线数传电台的进展。
鉴于以上的情形,无线数传电台的进展从原先的数据传输的精品概念向微功率和网络化的特点进展。
逐步将无线数传以低成本的方式来扩大数传的应用面。
在无线数传的领域中有一个概念是永恒不变的:
只要无线数传足够的可靠、价格相当、应用简捷,它必将成为大伙儿的首选。
通过近几年的技术的进展,无线数传的进展也经历了庞大的变化。
无线数传由单一的数传电台扩展到微功率数传和网络化数传。
并将单一的无线数传应用扩展到了与其他网络的复合应用。
现就三种数传的情形分别介绍如下:
2)常规数传电台
常规数传电台的价格在数百元与数千元之间,其传输距离在数十公里,占用的频率带宽为25KHz,采纳的调制方式为FSK、MSK、GMSK等,该类电台在上世纪末之前,一直由国外的一些生产厂商垄断市场,在产品的结构中,只有MDS、PCC等高端的产品是将数据的调制解调部分与电台作为一体化设计的,以日本的日立、日精及新西兰的大吉为代表的数传电台是将数据的调制解调和电台进行分开设计,其电台严格意义上说是具有可进行数据传输,工作在数据传输频段的专门为数传设计的电台。
其数据的调制解调部分不在生产的原厂实现,一样有用户或中间的环节实现。
到上个世纪九十年代末,以友讯达和天立通为代表的国内无线企业生产出来了具有符合中国国情的无线数传电台,该类电台采纳传统的电台方案,但将数据的调制解调部分集成在电台之中,形成一体化的无线数传电台。
用户接口采纳标准的RS-232或RS-485接口,极大的降低了用户的使用难度,促进了数传电台的进展。
3)微功率无线输传
微功率无线数传要紧能够分为三类,一类以声表震荡器为基础的超再生方案的无线数据传输,多以单发和单收为主,其数据的调制解调方式为ASK、OOK方式,该类数传的可靠性较差,一样不用于严肃的数据传输领域。
但由于其价格低廉,一样在十元以内,仍旧在全球得到了广泛的应用。
第二类以国外的一些单芯片为主的无线数传,该类数传一样采纳准FSK方式,功率在10mw,传输距离在数百米,速率可达数10K,价格一样在百元左右,成为无线数传的一个新亮点,该类产品存在如下的问题,即所用的频段多为欧美的频段,一样为315、433、868、915。
这些频率在国内尚未准许为微功率的频段,而且频率固定单一,相互之间的干扰机率较大,采纳的多为宽带技术,因此抗干扰的能力较弱,但具有低功耗等诸多的优点,因此也深受宽敞用户的欢迎,而且市场的占有率越来越大。
第三类为窄带的微功率数传,该类数传采纳标准的二次变频的窄带技术和标准的FSK调制解调方式,具有抗干扰能力强,传输距离远的特点,可应用于工业环境的严肃场合,同时工作在国家规定的微功率数传频段,价格为数十元,目前仅有深圳友讯达和日本的日精公司能够提供该类产品。
4)网络化数传
网络化数传的差不多概念是将自组织网络的概念引入到无线数据传输之中,其网络的原形为ad-hoc体制,其目的是通过自组织的网络将各个分散的无线微功率数据传输点联成一个有机的网络,网络化的数传目前差不多成为国际电子界的一个热点,为此国际电联专门为此确定了IEEE802.15.4的标准协议,从网络化的数传来看,目前要紧有两类产品,一类是以国际标准为基础的Zigbee,要紧的公司为美国的Ember等厂家,其要紧的工作频段在2.4GHZ,适合近距离的无线数据的联网,由于工作频段在2.4GHz,尽管Zigbee的软件协议专门完善,但由于受其电波传输的特性的阻碍,每一个Zigbee节点的自身的传导特性较差,因此目前专门难被用户接纳,同时受其价格的阻碍,因此尽管有多个厂家在进行推广,但与用户的同意层面尚有一定的差距。
另一类网络化数据传输是以自组织的网络及ad-hoc为基础的CFDA无线数据接入平台,该接入平台是由深圳友讯达公司推出的,该平台具有以下的特点:
◆工作频段在国家规定的无线数据传输频段,发射功率为50mw。
◆采纳窄带的技术,因此具有较高的数传灵敏度。
鉴于以上的两个差不多点,CFDA的每个节点的变得专门的优越,每个节点的单个传输能力达到500-800米,差不多上能适应小区内的各种复杂环境,在网络化的数传之中除了软件的网络协议之外,还有一个最基础的数据确实是每个网络节点的独立传输性能,依照我公司对中国的各类小区中水、电、气以及其他的智能设备的分布研究和实际的测试,要能实现一个真正的自适应自组织网络,在各种复杂的条件下的每个节点的独立传输能力需要到达50米以上,否那么在网络中就会显现孤点。
CFDA在通过多个试点之后,被华东电网充分认可,并通过华东网的鉴定。
5)应用领域的变化及市场空间
(1)传统数传电台
无线数传的传统应用领域是自来水、石油、电力等大的SCADA系统中及GPS差分数据的传输,做为SCADA的数据传输通道,由于SCADA系统的只有在远端才用,而且SCADA系统的每个节点的造价较高,因此传统的数传电台的市场空间一直不是专门大。
在往常,对远端的无线数据传输只有数传电台一种选择,但随着GPRS和CDMA网络的日渐成熟,尽管SCADA系统的进展专门快,但数传电台的市场并没有得到响应的提高,反而有所下降。
其要紧的缘故是没有一个大的应用领域的显现,同时原先的应用领域被GPRS和CDMA瓜分。
(2)微功率数传
微功率数传的应用领域十分的广泛,要紧集中在汽车电子、仪器外表以及各类近距离的数据传输设备,由于该类产品价格低廉,使用方便,被宽敞的用户所同意,成为挑战有线的一种有力方式。
目前我国对此的应用才刚刚开始,其市场的空间不可限量,目前对微功率数据传输有两个问题只要一经突破,其市场还会有爆炸性的增长,这两个问题一个是价格问题,一个是设计过程中的电磁兼容性问题。
(3)网络化数传
网络化数传是解决最后一公里数据通信的最经济有效的方法,不管是Zigbee依旧CFDA一旦成熟,都将在通信和电子界内形成不小的震动,同时也将给我们的生活带来一定的便利。
综上所述,无线数传在经历了几十年的历程之后,尽管传统意义上的数传电台的进展与目前的整个电子行业的进展不成比例,但产品结构的变化和新的数传产品的显现,给无线数传带来了新的进展空间和活力。
3局域网建设原那么
依据本系统实际需求,在局域网组网技术、设备产品选型、网络治理和网络安全等方面考虑以下设计原那么:
3.1适当先进性原那么
充分考虑本监测系统的业务需求,具有有用性、灵活性、安全性、先进性。
整个网络的建设应具备连续性,比如接入INTERNET时用的防火墙和上网设备就能够借用单位原有的设备,以爱护现有的投资,充分利用现有的运算机资源和通讯资源。
我们目前可能用到的无线数据传输方式要紧有三种:
无线局域网络技术、无线广域网络技术〔CDMA和GPRS等〕、无线数传电台等,使用时要注意保持适当的先进性,因为最先进的不见得是最成熟的技术。
我们在考虑无线数据通信时,第一考虑的是数据传输的可靠性和实时性,其次是数据传输设备的性价比,因此构件网络时要考虑适当的先进性。
3.2可管性原那么
在网络治理方面,必须具有集中控管能力,本系统要紧通过网络操作系统Windows2003Server的权限认证机机制,对网络用户和网络运算机赋给不同的权限并进行统一治理。
在网络中配备网络治理软件能够直观的看到网络中用户对资源的使用情形和数据流量。
无线网络在适应多种环境的变化,动态地保证良好的应用成效的同时,还应具有远端数据进行采集、远程监控、终端定位等功能。
不仅仅要对个人运算机和服务器作到可管性,还应该对PLC和智能测试设备做到可管性。
3.3安全性原那么
在网络安全性方面,无线局域网系统要具有与有线局域网同样要求的安全防护措施,无线网的安全性要紧从以下几个方面考虑:
针对以上威逼问题,常规的无线网络安全技术有以下几种:
1〕服务集标识符〔SSID,ServiceSetID〕
通过对多个无线接入点AP设置不同的SSID,并要求无线工作站出示正确的SSID才能访问AP,如此就能够承诺不同群组的用户接入,并对资源访问的权限进行区别限制。
然而这只是一个简单的口令,所有使用该网络的人都明白该SSID,专门容易泄漏,只能提供较低级别的安全;而且假如配置AP向外广播其SSID,那么安全程度还将下降,因为任何人都能够通过工具得到那个SSID。
2〕物理地址〔MAC,MediaAccessController〕过滤
由于每个无线工作站的网卡都有唯独的物理地址,因此能够在AP中手工爱护一组承诺访问的MAC地址列表,实现物理地址过滤。
那个方案要求AP中的MAC地址列
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