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西安西电高压电瓷电器厂产品介绍
  无线通讯监控
 

无线数据采集控制器介绍

1 ZigBee无线通信技术的介绍

ZigBee 是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术;它是介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它与此前被称作“HomeRF Lite”“FireFly”无线技术,主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们之间的通信效率非常高。ZigBee的基础是IEEE 802.15.4这是IEEE无线个人区域网(Personal Area Network,PAN)工作组的一项标准,被称作IEEE 802.15.4ZigBee)技术标准。

相对于常见的无线通信标准,ZigBee协议栈紧凑简单,具体实现要求很低。只要8位处理器再配上4K ROM64KB RAM等,就可以满足其最低需要,从而大大降低了芯片成本。ZigBee协议栈由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成,其中网络层以上的协议由ZigBee联盟负责,IEEE负责制定物理层和链路层标准。应用汇聚层把不同的应用映射到ZigBee网络上,主要包括安全属性的设置和多个业务数据流的汇聚等功能。网络层将采用基于Ad Hoc技术的路由协议,除了包含通用的网络层功能外,还应与底层的IEEE 802.15.4标准同样省电。另外,还要实现网络的自组织和自维护,以最大程度地方便消费者使用,降低网络的维护成本。

ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,类似于现有的移动通信的CDMA网或GSM网。每一个ZigBee网络数传模块相当于移动网络的一个75m到扩展后的几百米甚至几千米;另外整个ZigBee网络还可以与现有的其他各种网络连接。

与移动通信网有不同之处是:ZigBee网络主要为自动化控制数据传输而建立,而移动通信网主要为语音通信而建立;每个移动基站价值一般都在百万元人民币以上,而每个ZigBee“基站却不到1000元人民币;每个ZigBee网络节点不光本身可以与监控对象(如传感器)连接直接进行数据采集和监控,它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料,此外每个ZigBee网络节点还可以在自己信号覆盖的范围内,与多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点无线连接如图1.1所示。

 

1.1

每个ZigBee网络节点可以支持多达31个传感器和受控设备,每个传感器和受控设备可以有8种不同的接口方式,可以采集和传输数字量和模拟量。

ZigBee技术的特点包括以下几个方面:

1       省电:两节五号电池即可实现长达6个月到2年的使用时间。

2       可靠:采用了碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竟争和冲突;节点模块之间具有自动动态组网的功能,信息在整个ZigBee网络中通过自动路由的方式进行传输,从而保证了信息传输的可靠性。

3       时延短:针对时延敏感的应用作了优化,通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。

4       网络容量大:可支持多达65000个节点。

5       安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用通用的AES-128

6       高保密性:64位出厂编号和支持AES-128加密。

ZigBee 无线可使用的频段有3个,分别是2.4GHzISM 频段、欧洲的868MHz频段、以及美国的915MHz 频段,而不同频段可使用的信道分别是16 1 10 个,在中国采用2.4G频段,是免申请和免使用费的频率如图

 

1.2所示。

1.2

ZigBee 2.4G的频段上具有16个信道,从 2.405GHz — 2.480GHz 间分布,信道间隔是5M,具有很强的信道抗串扰能力。

ZigBee技术具有强大的组网能力,可以形成星型、树型和MESH网状网,可以根据实际项目需要来选择合适的网络结构如图1.3所示。

1.3

MESH 网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能,网络可以通过多级跳的方式来通信;该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络;网络还具备自组织、自愈功能;

2 无线数据采集控制器产品介绍

   无线数据采集控制器WXC-1是集成了采集、控制、无线线传输于一身的小型无线RTU。应用于业控制、传感器数据采集及监控,其最大优点是取代了传统控制系统中的布线方式,大大节约了施工时间又降低了系统成本同时提供了安全可靠的数据传输。WXC-1提供812200K的高速A/D数据采集通道,212位可同步输出无抖动的D/A通道,8路光隔离开关量输入和8路可承受3A电流的继电器输出通道,1RS-485支持点对点和总线式通信方式。单网最大可容纳255个结点。DC9~12V宽电压供电方式,小型一体化金属壳体坚固、美观便于安装(见图1.4)。采用2.4G自由频段ZigBee无线网络,提供可靠的无线传输且无须申请专用频道,无使用费用。

                    1.4

3 无线工业控制器的应用

 

       粮库温度监测系统方案

   为了实现粮库的温湿度自动监测,提高粮库储粮的安全性是粮库管理实现自动化、智能化。我们提出基于ZigBee无线网络技术的粮库及粮食储备区的整体解决方案。

系统框架如下图:

如图所示,整个系统主要可以分为两个独立而又相连的无线ZigBee网络。
粮食储备区ZigBee网络:这一网络主要由各粮库数据集中器以及中间ZigBee路由节点组成,由于各粮库的距离通常比较远(>1000m)所以数据集中器中的远程ZigBee节点端采用高功率的ZigBee模块开发。各粮库的数据通过这一网络统一上传到监控中心计算机进行分析和数据存储。

粮库传感器网络:在粮库内部分布着ZigBee传感器网络,传感器节点采用18B20一线制温度传感器结合ZigBee低功率模块开发,通讯距离<100m。传感器节点通过互相之间组成数传网络最终将所有采集到的各点温度数据传输到每个仓库的数据集中器设备。

数据集中器&ZigBee网关设备:每个粮库都配备有一个数据集中器设备。这一设备在系统中具有重要的作用,负责连接两个网段的ZigBee网络,起到了网关的作用。这一设备主要采用低功率的ZigBee模块结合高功率的ZigBee模块开发,从而实现了两个网段的信息互传。

系统优势:
1.采用ZigBee无线网络,组网简单
2.ZigBee节点成本低廉,功耗低,可大规模部署
3.双网段数据传输,充分考虑实际的需求和成本,采用较少的千米级大功率模块即实现了对每个粮库全部传感器的信息采集。

       无线测温

    采用新兴ZigBee组网技术的无线测温系统,实现了对电力系统的高压和超高压母线、高压开关接点(以及人员无法接近的其他危险、恶劣环境)的温度进行实时在线检测,经过与电力自动化系统连接,在中心监控室内就可以监视运行状态,真正做到了远距离遥测,当被测点温度超过预先设定的阀值时,就发出报警信号及时提醒有关人员采取措施。

系统特点
·
实时性:实时在线监测
·
低功耗:采用纽扣电池可运行2年以上
·
准确性:测量精度可达±0.1
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灵活性:用户可根据自己的需求,灵活、方便的设置参数
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安全性:不论是产品、还是工具及其维护,都具有系统的安全性和可靠性

油井监控

      

抽油机是目前油田开发生产的主要地面设备,分布面积和油井间距都很大,采用实时监控系统,则能够实时细致了解油井工况变化,便于及时采取相应的措施,提高了管理水平。 

系统概述:油井监控的特点数据量要求比较低,但对传感器和控制器的环境要求较高,要求传感器可以长时期稳定的运行,油井间地形简单空旷适合部署无线网络。
基于ZigBee无线组网技术结合油井监控的特点,我们提出以下解决方案:如上图所示,系统由三部分组成:
1.
单个油井的无线传感器网络:这一小的无线网络主要由布置在油井各位置的无线传感器组成,主要采集油井的位移、载荷、出油口的温度和压力。无线传感器由相应的传感器结合WXC-1模块将传感器和油井的数据采集控制器之间互相组成了ZigBee网络。全部的数据最终集中到数据采集器中进行处理和计算,然后数据将通过另一无线网络上传。

2.油井间的无线网络:这一网络由油井间的数据集中控制器组成,数据集中控制器在系统中充当了网关的功能将单个油井的数据进行整理然后再通过油井间的无线网络上传到监控中心。

3.监控中心:监控中心采用相应的PC服务器和数据库系统对数据进行分析和存储,管理人员可以随时了解各油井的工作情况和产量。

系统特点:
1.
采用无线传感器网络,自动组网,系统部署简单,易扩展添加新的节点。
2.
采用短距离ZigBee模块配合长距离ZigBee模块组成双网段无线网络,节省了系统成本
3.
油井间无线节点采用mesh网络自动路由,保证了数据传输的稳定性。

安防报警系统

安防报警系统运用Zigbee无线网络通信平台,该系统包括:监控中心、联动控制器、烟雾传感器、温度传感器、报警器、分层报警显示装置以及喷水器等其他联动装置。由于该系统采用了高集成度的芯片收发机以及Zigbee网络方式通信,因而该系统完全不同于现有市场上其他无限安放设备,它具有高可靠性、高稳定性、高灵活性和低成本的特征。

商业楼宇自动化

商业楼宇的智能控制可以节省大量的能源消耗,但是安装有线的传感器和控制器在有些楼宇中是会遭到禁止的,但是如果采用无线传感器网络就会有大量的传感器和控制功能从中获益,包括:
测量温度和湿度
控制加热器,通风器,空调单元,百叶窗和灯光
检测烟,火探测器及其是否被遮住
访问控制和提供安全性能
现在由于在单芯片上以很低的成本,很低的功耗,很小的成本集成了全部的无线功能,包括RF,微型控制器和内存,实现无线系统是切实可行的。电池供电的传感器可以很容易的安装和拆除,相比于有线的传感器安装方式可以节省大量的投资,同时系统可以很容易的扩容以增加更多的传感器,无线系统的数量庞大的传输路径可以保证重要的数据传输性能得到保证。

工业自动化过程监控

对于工业自动化过程的综合监控对于高效的生产,减小成本,保证人员和公众的安全是非常关键的。但是安装足够的,或许高达上千的传感器来监视和控制一个普通的工业自动化过程是一件高成本的复杂的工作。应用的范围从超表系统,管线的流量检测,机器控制,所采用的可以是温度传感器和专用的气体检测传感器。

   传统的有线连接的系统是昂贵的,而且更换的成本更高。相比之下无线系统可以提供一个好的解决方案,前提是该传感器和控制器成本低廉,易于安装,而且要有健壮的发射系统,使得信号的传输得到保证。除了便宜和灵活性之外,无线传感器还可以应用在有线传感器不方便使用的危险区域。

家居自动化

将家庭设施通过无线网络连接起来多年来一直是人们心中的一个梦想。无线网络可以控制每一个房间的温度和灯光,可以作为安全特性的检测烟雾传感器,甚至可以监视一些传统的家电的状态比如洗衣机。在新建的房子中人们希望获得更高的能源效率,但是传统的有线连接的加热器,灯光控制和通风控制系统都非常复杂而且成本高昂,他们仅仅在一些昂贵的房子中得到部署

   在新的住宅建筑中,这样的无线系统可以以很低的成本和极低的功耗很容易的实现,升级一个基于新的工业标准的(802.15.4ZigBee)系统可以通过增加额外的传感器来轻易完成。一个简单的系统就可以支持烟火检测,安全和访问,灯光和环境控制。