无线网在港口企业的成功应用案例

煤四期工程作为国家“九五”重点建设项目，是北煤南运的重要枢纽。秦皇岛港务局第七港务公司（简称秦港七公司）作为煤四期工程的使用单位，自1997正式投产以来，港口吞吐量一年上一个台阶，2001年更是创记录地达到了近三千万吨的设计能力，不仅创造了巨大的经济效益，更为秦皇岛港口煤炭超亿吨及国家北煤南运任务的完成，作出了重要贡献。 　　 　　原有设备工作出现危机 　　秦港七公司拥有一个十万吨级泊位及两个三万吨级泊位，作业区内有2台翻车机、3台堆料机、4台取料机、3台装船机、3个生产用变电所及1座中央控制室。在原通信系统中，所有各个站点的PLC（可编程逻辑控制器）设备都通过光缆与中央控制室PLC连接，组成以太网，以实现数据的实时传送。由于其中堆、取、装这10台移动运输机械设备在作业时均需要不停运动，同时该过程中又必须保证光信号传输的连续性，因而运动连接部位光信号的接续变得十分关键。 　　 　　 秦港七公司无线网络示意图 　　 　　 　　在原四期工程设计中，采用的是进口设备——光滑环来实现光信号的接续，在最初使用的三年中，该装置运转基本稳定。但是近两年来，光滑环装置由于设计裕量小、疲劳、老化及潮湿等因素，多次发生光纤带折断事件，而整个修复过程也比较困难。一方面，国外备件采购周期比较长；另一方面，费用也比较昂贵，并且，由于通信系统对于装卸生产安全的重要性，该故障的发生对港口生产产生极为不利的影响。 　　 　　项目支持条件 　　为了根除这一隐患，秦港七公司在1999年开始尝试使用无线网络技术，并在4#取料机与中控室之间作通信实验，经过一年的试运行，效果良好。 　　 　　2001年11月，秦港七公司在基本掌握无线网产品的技术特点后，与北京新达网联公司合作，对堆料机、取料机和装船机等10台移动单机，两个变电站及中央控制室进行全面改造，建成了一个无线通信网络系统，与原光缆通信以太网系统并存，大大降低了通信故障对生产、设备的制约，同时节约了昂贵的光滑环备件采购成本。 　　 　　经过选择，秦港七公司选择了AVAYA无线网设备，其无线网桥的路由功能可将不同IP子网连接，并将其嵌入现有网络。 　　 　　IP路由功能可提供符合RFC规程、具有RIP1功能的无分类IP路由，这有助于减少无线链路上的不必要通信。通过网桥协议过滤阻塞传输中以太网协议的冗余信息，可最大限度地提高信道传输效率。 　　 　　由于IEEE802.11系统间的传输中帧间空隙较大，会增加开销，降低吞吐量，而无线网桥采用双重缓冲，能将较少的数据包合并到所谓的“超帧”中以减少链路开销，这有助于提高小数据包的传输速率。另外，带宽管理功能使得管理者可以通过网络管理划分每个远程基站的带宽。 　　 　　无线网桥上的网卡采用即插即用方式。在升级时，只需更换网卡，无线网桥可继续使用，另外网桥具有两个网卡插口，既可同时实现一台无线网桥对两路的连接，也可作中继点使用，这种良好的可扩展性，为用户最大限度地节省了投资。 　　 　　利用以Windows为基础且符合简单网管协议（SNMP）的管理软件，可方便地对无线网桥进行参数设置。通过该套软件，可对网络进行集中管理、控制和远程监控。 　　 　　工程的安装与调试也很简单，通过专用调试软件可将天线方向调得很准，并且提供一个简单的类似“示波器”的柱状图，可实时显示信噪比、信号强度、噪音量，并可自动保存到统计记录中。 　　 　　在保密性方面，由于采用了较为先进的WEP64或128RC4加密方式，这样，即使在桥对桥的连接方式下，每一点的无线网桥里都要互相写入对方无线网卡的MAC地址才能连接，而MAC地址是唯一的，因而可有效地保护网络免受攻击。 　　 　　由于AVAYA" Wireless产品设置允许在任何时间，任何地点访问网络数据，而不需在指定的地点，所以用户可以在覆盖范围的网络区域中随意漫游。 　　 　　方案的设计与实施 　　取料机、堆料机、装船机这10台移动机械分布在约4平方公里的工作区内，另外，还有两个变电站也将采用无线方式与中控室相连，因而秦港七公司无线网系统外围节点共有12个。 　　 　　如何选择合适的位置建基站，是方案设计初期首先考虑的一个重要问题。由于工作区面积广、移动机械和固定物数量多、相对位置随机性强、高低相差很大，如门式取料机高达40米，堆料机仅20多米高，悬臂式取料机的配重架在作业过程中还会上下左右移动，另外现场还有高高的煤堆和高架封闭式传送带等，它们在工作中都会相互阻挡，特别是这些设备工作时是运动的，阻挡情况的发生也是随机的，这种情况与无线网通常在固定建筑物之间的应用有很大区别，大大增加了基站选址的难度。 　　 　　尽管多建基站可以加大信号的覆盖面，死角少，但成本也会随之加大。因而怎样做到尽量少建基站，节约成本，但又必须保证每台机械在不同的位置至少能与其中一个基站无阻挡且保持良好的通讯链路，是方案设计初期首要解决的问题。 　　 　　另一个需要解决的问题就是当某一设备与适时通信的基站之间发生阻挡时，能迅速切换为与无阻挡基站通信的状态，并且在该切换过程中不能发生信号丢包现象，信号传输务必保证正常、连续。选择基站时还有一个需注意的问题，就是必须要提供给基站设备生产用电源。 　　 　　通过大量的测试工作，在全工作区内反复测试、作平面分析后，最终选定了三个点建立基站。一个基站建在中控室楼上（中间位置），一个基站建在工作区北端的综合办公楼上，另一个建在了靠南端的转接塔上。中控室楼上的基站用电缆直接连下来，另两个基站也采用无线连接的方式与中控室相连。在天线的使用方面，中控室楼上采用了全向鞭状天线，另两个基站用的是大波瓣板状定向天线，所有堆料机、取料机、装船机这些移动机械设备安装的都是全向天线，两个变电站和基站这些固定点采用的是高增益定向天线。 　　 　　而在具体的设备方面，则根据实际需要选用了无线网桥（AP-1000）、无线网关（RG-1000）和无线外接单元（EC）。 　　 　　基站和中控室全部采用了双口无线网桥（AP-1000），且大部分是一个网桥插两块网卡的工作方式，使用这种方式节省了很多费用，又能保证中控室与基站之间的主链路具有高速的数据流通能力。所有的堆料机、取料机、装船机都是PLC（可编程控制器）设备，只有AUI接口，因而全部采用了无线外接单元连接。 　　 　　两个变电站使用的无线网设备也不相同，7号变电站只有一台PLC，使用一个无线外接单元，10号变电站有3个PLC，因而把这三个PLC用Hub联在一起，用了一对无线网关（RG-1000）与基站相连。 　　 　　最终结果令人满意 　　工程全部安装完成后，进行了多次联调，最后完全达到了设计要求，使秦港七公司的设备通信系统达到了一个新水平，生产作业得到更有利的保证，也为无线网技术在港口企业的使用探索了一条成功的经验。