تطبيق الاتصالات اللاسلكية LoRa في تحليل وإدارة بيانات الطاقة في المصانع الذكية

1. مقدمة لتقنية LoRa

LoRa، الاسم الكامل لـ Long Range، هو أحد تقنيات اتصالات الشبكات واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWAN، شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة). ويستخدم تقنية تعديل الطيف المنتشر المتقدمة ونظام الترميز لزيادة ميزانية الارتباط وتحسين الأداء ضد التداخل. تتيح ميزانية ارتباط LoRa التي تصل إلى 157 ديسيبل أن تصل مسافة الاتصال إلى أكثر من 15 كم (حسب البيئة). إنه لا يحافظ فقط على نفس خصائص استهلاك الطاقة المنخفضة مثل تعديل FSK، ولكنه يزيد أيضًا من مسافة الاتصال بشكل كبير، مع التخلص من تحسين كفاءة الشبكة والتداخل، أي أن المحطات الطرفية ذات تسلسلات نشر مختلفة لن تتداخل مع بعضها البعض حتى لو كانت تستخدم نفس التردد للإرسال في نفس الوقت، ولها استقرار أفضل ضد التلاشي العميق للاتصالات وتحول تردد دوبلر.

حاليًا، تعمل LoRa بشكل أساسي في نطاقات التردد المجانية حول العالم، بما في ذلك 433 و868 و

915 ميجاهرتز وما إلى ذلك. تستخدم هذه المقالة وحدة LoRa في نطاق التردد 433 ميجاهرتز، مع تباعد بين القنوات يبلغ 2 ميجاهرتز، وإرسال مشفر نصف مزدوج وشفاف لضمان أمان نقل البيانات. تتميز بخصائص المسافة الطويلة، وانخفاض استهلاك الطاقة، والعقد المتعددة، والتكلفة المنخفضة، وهي مناسبة لمعدات البناء الموزعة على نطاق واسع والمفصولة على نطاق واسع. شبكة اتصالات ذات مسافات طويلة، وقدرة مضادة للتداخل، واستهلاك منخفض للطاقة. ينتمي نطاق التردد هذا إلى نطاق الترددات ISM الخالي من الترخيص، وليس هناك حاجة لدفع رسوم للمشغل. يوجد تداخل أقل في نطاق التردد هذا، ويمكن لـ LoRa دعم الاتصالات في نطاق التردد هذا بشكل جيد.

2. الوضع في الموقع

في الوقت الحاضر، عدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف في خزائن المفاتيح ذات الجهد المتوسط ​​في كل غرفة كهربائية في مصنع الأسمنت، وعدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف في خزائن المفاتيح الرئيسية ذات الجهد المتوسط، والكهربائية متعددة الوظائف يتم استخدام عدادات الطاقة في خزانات القياس، وكذلك مستوى الزيت ودرجة حرارة اللف وغيرها من المعدات الخاصة بالمحول. الإشارات، بسبب عوامل مختلفة مثل تخطيط التصميم، والتوزيع الواسع للمعدات، والموقع المحدد للأجهزة، لم يتم ربطها بعد بنظام DCS للمراقبة الشاملة والإدارة المركزية. إن قراءة العدادات اليدوية لكل عداد طاقة كهربائية والفحص اليدوي لمحولات الطاقة ليست غير فعالة فحسب، بل تحتوي أيضًا على معدلات خطأ عالية.

عالية، والطلب على الموظفين كبير وعبء العمل ثقيل. تتطلب الأتمتة المتكاملة والذكاء للمصانع الذكية أيضًا دمج معلمات التشغيل لمعدات الأجهزة هذه في نظام DCS لمراقبة التشغيل لتحقيق التجميع والمراقبة والتحميل التلقائي المركزي، والذي يوفر تحليل وإدارة بيانات الطاقة في الوقت الفعلي وبيانات الطاقة التاريخية الوصول والمعدات للمصانع الذكية. توفر المراقبة عبر الإنترنت في الوقت الفعلي مصادر البيانات.

تحتوي معدات الأجهزة الذكية مثل عدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف ومؤشرات درجة الحرارة عن بعد للمحولات بشكل عام على واجهات اتصال EIA-485. تصمم هذه المقالة نظام مراقبة البيانات عن بعد استنادًا إلى شبكة LoRa المخصصة للاتصالات اللاسلكية، باستخدام تكنولوجيا إنترنت الأشياء للاتصالات اللاسلكية LoRa، واستخدام LoRa wireless وحافلة 485 لتشكيل جهاز اتصال الطبقة المادية للشبكة، وModbus-RTU هي طبقة ربط البيانات وطبقة التطبيق. يتيح بروتوكول الاتصال الاتصال لمسافات طويلة بين مختلف الأدوات والمعدات الذكية. من خلال هذه الشبكة، يتم جمع وتحميل إشارات المعدات تلقائيًا في الوقت الفعلي مثل عدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف، وعدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف ذات البوابة عالية الدقة، ودرجة حرارة سطح زيت المحولات في مختلف الغرف الكهربائية وخزائن الجهد المتوسط ​​الرئيسية المتدرجة في موقع المشروع، مما يحقق التكامل بين نظام DCS والمصنع الذكي. جمع البيانات المركزية وقدرات المراقبة لهذه الأجهزة.

حلول شبكات الاتصالات اللاسلكية من شركة Acrel Lora