工业以太网交换机应用于太阳能热电控制系统

背景介绍

　　太阳是一个十分巨大的能源，它送到地球的光功率就有12万TW。与此相比，现在人类社会的总能耗约13TW，全世界发电装机容量不到4TW，都比太阳送到地球的光功率小得多。地球上的所有石油资源相应的能量，只相当太阳在一天半时间内供应给地球的光能。

　　由于能源危机以及环境污染，一些发达国家早在上世纪七十年代，就开始投资于工业开发太阳能。 太阳能热电系统包括反射镜的形式和参数、镜面材料和结构、吸收体绝热技术、吸收体表面涂层、所用吸热液体材料、储热罐、装校调正检测技术等。

　　研华的无线工业以太网产品发挥了特殊的优势，克服了连接，工作环境方面的限制，在行业内得到了成功的应用。

系统需求

　　无线通信以空间电磁波的形式传输信息，是工业有线解决方案的有力补充，对于太阳能热电控制系统而言，与无线网络结合的方式能有效简易的克服现场工作环境、数据有效传输等问题。

　　系统连接方式可选择两种模式，包括基础结构模式和节点之间直接连接的自组网模式。采用基础结构模式时，通过公共接入点连接节点进行通信。节点必须登录到接入点，并通过指定的通道传输。这种类型的网络称为基础服务集。基础结构模式支持在以太网中进行操作，符合IEEE802.11标准的WLAN也被称为无线以太网。采用节点之间直接连接的自组网模式时，各设备的无线网卡不需要大型网络结构，无需用户介入便可以建立快速、简单的网络。

　　针对热电控制系统，研华所建立的系统基于可采用自组网模式，具体需求如下：

　　·交换机应采用工业级设计，重负荷设计，电磁兼容性指标应满足工业标准要求
　　·无风扇设计
　　·适合高温高湿的工业现场环境
　　·高的MTBF时间
　　·便利的网络管理方式以及网络升级模式
　　·工业级无线网络产品

系统解决方案

　　方案描述：使用研华工业以太网交换机EKI-6311G和EKI-1351组成无线网络架构。

产品选型及规格介绍

　　802.11 b/g无线AP/网桥客户端：

　　·符合IEEE802.11b/g标准
　　·支持IEEE802.3af标准以太网供电（PoE）
　　·支持高速率无线传输(最高达54Mbps)
　　·最大输出功率19dBm
　　·支持点对点、点对多点无线连接
　　·支持WEP/WPA/WPA2/IEEE802.1X认证
　　·支持WDS（无线分布系统）
　　·具有防水、防尘功能的IP65防护等级设计
　　·坚实的机体及宽温设计
　　·支持多SSID功能（最多4个SSID）

　　端口RS-232/422/485至802.11b/g无线串行设备服务器：

　　·支持802.11b 和802.11g
　　·支持无线局域网Ad-Hoc及基本架构模式
　　·提供串口重定向（虚拟串口）、TCP/IP和UDP 模式
　　·支持标准网络API：Winsock,Socket
　　·提供多种网络连接结构：轮询、事件处理、点对点
　　·使用UDP协议时最多可允许4台主机通过命令响应模式同时接入
　　·支持使用TCP/IP协议的任何操作系统，如Windows、Linux等
　　·自动搜索Windows 配置应用程序
　　·易于定位特定的EKI设备服务器串口
　　·支持DIN导轨安装或面板式安装

系统架构

　　在WLAN中，接入点的作用类似于交换机。每个接入点都与其单元中的所有常规节点(即所谓的“客户机”)进行通信，不管它们是固定的还是移动的。另一方面，接入点可以通过电缆或通过另一个独立的无线网络保持相互之间的连接，因此可以超越无线网络的限制进行通信。

　　本方案主要采用研华无线AP EKI-6311G与无线串口服务器EKI-1351两种设备。由于现场有100个PLC设备，且每台PLC均需要采用无线方式传输至上位机。由于现场PLC与中控室距离较远，且无线节点较多，为保障无线网络传输的可靠，因此我们推荐每10台PLC透过1台无线AP连接，即总共需10台无线AP。无线AP间采用WDS (Wireless Distribution System无线分布式系统) 技术，让无线网络的多台无线AP设备灵活的桥接，方便的把100台PLC的数据透过100个EKI-1351传输至无线AP，最终再上传至中控室的上位机。

系统连接示意图

系统应用效果

　　利用无线网络模块组建控制系统可以达到如下优点：

　　1.简化了维修工作，减少了维修费用和停机时间，降低了设备的远程诊断维修成本。

　　2.节省通信电缆，易于更改通信路径。

　　3.解决移动设备的旋转和移动造成的碳刷磨损和导线破裂的问题。可以与腐蚀环境中的设备建立低成本的连接。

　　4.研华工业级无线AP设备均具有54Mbps的高速传输速率、128位的 WEP加密、防尘、防水的IP65防护等级，增强的双天线设计，大大提高了无线传输的能力，能够在苛刻的现场环境中构建可靠的无线通讯平台。