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摘 要： 摘要:在流程工業生產中，移動物料計量信息的傳輸普遍采用電臺和無線模塊。接收電臺周圍環境嚴重影響計量信息的傳輸效果，尤其是鋼結構廠房、電磁干擾區內，數據傳輸過程中的丟包率、誤碼率相當嚴重。本文提出一種多節點分布式傳輸方法，根據各個生產作業區環
摘要:在流程工業生產中，移動物料計量信息的傳輸普遍采用電臺和無線模塊。接收電臺周圍環境嚴重影響計量信息的傳輸效果，尤其是鋼結構廠房、電磁干擾區內，數據傳輸過程中的丟包率、誤碼率相當嚴重。本文提出一種多節點分布式傳輸方法，根據各個生產作業區環境條件設置相應的WIFI節點數，實現對作業區的無線信號覆蓋。網絡覆蓋區內無線模塊、PDA終端(PDA)、終端查詢設備通過節點工作頻段和陣列天線自適應調節，實現數據傳輸最佳化。銅熔煉生產現場測試表明，此種傳輸方法可以有效消除周圍環境的電磁干擾，數據丟包率低于0.1%。
關鍵詞:分布式傳輸,WIFI節點,自適應調節,陣列天線,丟包率
移動物料計量是冶金爐窯實現投入產出在線計算和進行金屬平衡計算的前提條件，也是金屬冶煉生產中產品質量控制的關鍵環節。傳統的移動物料計量信息傳輸普遍采用無線電臺接收和無線終端模塊發射方式。無線電臺經過多年發展，經歷從模擬信號調制向數字傳輸的演變過程，傳輸速率、安全可靠性有一定的提高。無線電臺可以用于組建通訊點數不多、傳輸數據流量小的無線網絡〔1-2〕。
由于無線電臺采用無線設備終端逐一掃描的工作方式，其數據傳輸實時性不高。同時無線電臺占用特定通訊頻段，須向無線電管理委員會申請批準后方可架設。接收電臺周圍環境嚴重影響計量信息的傳輸效果，在電磁輻射國標許可范圍內，尤其是鋼結構廠房、電爐、轉爐、閃速熔煉等高溫冶金爐窯聚集區，數據傳輸過程中的丟包率、誤碼率相當嚴重。隨著物聯網技術的發展，性價比高、環境適應性強、綠色環保的分布式多節點數據傳輸技術將成為今后各大生產企業移動物料信息傳輸的主流，并最終取代傳統集中式無線電臺傳輸模式〔1〕。
1關鍵技術問題
基于WIFI無線網絡覆蓋下的移動物料信息計量系統主要包括數據信息采集協議解析與封裝、數據傳輸鏈路系統構建、無線節點陣列天線自適應調節算法、復雜電磁環境下的調頻抗干擾算法，通過各個節點感知的覆蓋區內移動終端射頻信號的強度和周圍環境電磁輻射分布特性，強制移動終端在節點之間主動切換漫游，及時調節信號載波頻段和節點陣列天線的方向選擇，最大限度降低環境電磁干擾對計量信息傳輸過程造成的影響〔3-4〕。
1.1數據傳輸鏈路
中間物料轉運是冶金生產過程中不可缺少的步驟，為及時統計爐窯投入產出情況，為配料操作提供決策支持，移動物料的數據信息傳輸非常重要。為實現移動車輛的數據信息WIFI無線網絡環境下穩定可靠傳輸，系統根據數據功能流向不同將無線節點劃分為3路VLan進行軟件隔離。
PDA移動終端與服務器數據庫采用數據同步更新模式，PDA移動終端的應用程序獲取車載移動物料的計量數據后啟動SQLServerMobile客戶端代理將數據記錄暫存至本地數據庫，同時啟動SQLServerClient引擎將暫存至本地數據庫的數據記錄通過VLan1業務鏈路同步更新至遠程數據服務器，在完成同步更新操作后刪除本地數據庫記錄。
車載終端應用程序對來自于移動物料稱重設備RS232端口的數據依據約定的協議編碼規則進行解析獲取計量數據信息，按照生產要求對數據進行處理，經操作人員選定后形成數據操作記錄，啟動數據庫ADO對象引擎并進行遠程數據庫連接初始化，將當前數據記錄通過VLan2業務鏈路采用http協議插入到遠程數據庫指定的數據表內。
終端查詢應用程序通過查詢輸入輸出接口指定查詢爐號和爐次，終端查詢系統定義并初始化SQLOLEDB動態鏈接庫，同時啟動數據庫ADO對象引擎并進行遠程數據連接初始化，在遠程服務器端執行對象的查詢更新操作。當前爐次的最終查詢結果輸出到DCS控制系統，為爐窯在線自動配料提供數據支持。
1.2陣列天線自適應調節算法
移動物料在環境復雜的多節點WIFI無線網絡覆蓋區內移動轉運時，為達到計量數據信息傳輸最優，物料轉運車輛和PDA移動終端必然在覆蓋區內多個節點間進行漫游，同時為實現同一節點不同移動終端及轉運車輛射頻信號分配合理，節點陣列天線需根據其覆蓋區內的移動終端PDA和車輛數量自動調節陣列天線指向角和分配每個終端對應的天線數量〔5〕。
覆蓋區內每個數據中繼站分布的終端數量Qi，主動漫游閾值θ，選擇數據傳輸路徑Ri;根據數據傳輸路徑Ri，調整陣列天線方位αi，k、數量Pi和射頻發射功率RFi;實時更新系統狀態，根據終端在覆蓋區的空間位置狀況、障礙物分布、各數據中繼站接收到的終端射頻信號強度IREC，調整參數信息，重新規劃數據傳輸路徑。
2實施工程案例
以金川集團公司銅冶煉廠一熔煉車間實際工程實施為例說明〔8-9〕，該車間廠房空間為450m×25m，車間廠房內共有1臺銅合成爐(閃速熔煉+電極貧化區)、7臺轉爐、4臺電爐、2臺陽極爐，廠房內高溫高粉塵，由于受電爐和銅合成爐貧化區電極以及動力系統變壓器影響，電磁干擾極大，致使手機無法正常通訊。
本項目采用分布式無線通訊模式對車間內移動物料進行在線計量，在車間廠房頂部和爐后共架設6個通訊節點、5個終端模塊、6臺PDA終端、6套終端查詢系統、1臺數據服務器，網絡節點通過光纖接入網絡交換機，PDA終端、無線模塊和查詢終端通過無線TCP/IP進行數據交互，由調度室的無線網絡控制器統一進行調度管理和資源實時分配。
網絡控制器通過交換機對進入覆蓋區內的所有授權查詢終端、手持PDA、無線模塊及控制節點進行實時定位、網絡地址動態分配、被動漫游閾值調整、信息傳輸管理。本例采用雙通訊鏈路冗余傳輸模式，一路由計量主機相連的無線模塊經由節點直接至遠程數據服務器，另一路由無線模塊經由節點發送至PDA終端，再通過節點傳輸至遠程數據服務器。數據服務器部署SQLServer2005企業級數據庫，查詢終端運行WinCE5.0系統，PDA終端運行Mobile6.0系統。
為提高設備的運行效率和查詢速度，查詢終端和PDA終端均部署輕量級SQLCE4.0數據庫，現場查詢終端和PDA設備數據記錄的存儲和查詢由SQLCE與遠程SQLServer采用“PULL”、“PUSH”模式實現數據的即時同步更新。PDA主要對稱重計量數據進行檢斤、標識物料來源及去向，形成計量記錄。查詢終端主要檢索遠程數據庫記錄，提取所需信息，對爐況狀態進行跟蹤，為冶金爐窯配料提供決策指導。
3應用效果
移動物料計量信息分布式冗余傳輸算法解決了復雜環境下的無線數據傳輸問題，提高了數據傳輸的穩定性和可靠性，在電磁信號污染達40%以上時，系統仍能穩定可靠地進行數據傳輸。現場應用情況表明功能完善，操作方便。
4結論
移動物料信息分布式傳輸系統融合物聯網信息技術，與集中式電臺傳輸系統相比，具有綠色環保、傳輸帶寬高、數據吞吐量大、數據實時性強、可靠穩定等特點，系統性價比高，方便組網，是新一代工業領域移動數據傳輸技術發展的趨勢。
參考文獻:
〔1〕宋偉偉.分布式系統數據傳輸中間件設計與導航技術研究[D].北京:北方交通大學，2006.
〔2〕李書卉.分布式計算中的數據傳輸與管理的研究與實現[D].大連:大連理工大學，2004.
〔3〕萬翔，施齊霖.分布式傳輸關鍵系統設計[J].船舶電子工程，2015，35(4):96-98.
〔4〕杜金蓮，李鑫，趙鳳朝.分布式網絡地形漫游數據系統的設計與實現[J].計算機科學，2013，40(10):18-21.
〔5〕路博，王寶勝，徐寧，等.無線數據管理系統在選礦廠的開發與應用[J].礦冶，2014，23(5):77-80.
〔6〕周仕飛，賈偉嘉，張立卓.基于二項式概率的冗余傳輸策略[J].計算機工程，2011，37(1):98-101.
〔7〕趙杰，蓋志剛，惠力，等.用于海洋水文數據無線傳輸的GPRS模塊設計[J].氣象水文海洋儀器，2011，28(4):49-52.
〔8〕馮天晶，王煥鋼，徐文立，等.基于筒壁振動信號的磨機工況監測系統[J].礦冶，2010，19(2):66-69.
