无线网络通讯技术在造船企业中的应用

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:本文介绍了无线网络通讯技术在船厂船坞区域的方案应用。无线网络通讯技术是船厂制造网不可或缺的重要组成部分,利用现有的无线网络通讯解决方案,结合有线网络通讯和无线网络通讯技术都使用的是TCP/IP协议作为通讯协议的基础,利用两者的优势,将两种方式有效的结合应用,构建船厂安全可靠的无线网络架构,能够更好的提高船厂工业设备的生产效率。本文基于无线通讯技术在船厂工业领域的应用展开论述。

  关键词:无线网络;网络覆盖;工业自动化;

  无线网络通讯技术是利用无线电波来实现数据传输。由于工厂环境的影响,部分生产区域无法部署有线网络或者成本过高,无线网络技术可以为此类环境下通讯提供网络保障。无线通讯技术在生产环境中正发挥着举足轻重的作用。

1 无线网络技术

  无线网络技术其本质是通过电磁波信号来交换信息。该技术主要通过无线网络连接来传输数据(如:信息、语音或视频等)。

  目前,无线终端设备得到了快速的发展,已包含诸多便于携带、移动的各类终端,包括手机、笔记本电脑、平板电脑、PDA等,这些设施可为造船企业在生产过程中带来便利。

  无线网络技术较之有线网络技术降低了网络部署的成本,但同时由于无线网络技术的传输介质是大气,所以在传输过程中易受干扰,需在设计阶段通过现场勘测、选择正确的无线点位来降低环境对信号传输的干扰。

2 无线网络的技术优势

  2.1 部署便捷

  设置统一的管理中心。部署时采用AC+瘦AP的模式,所有配置、管理等都通过AC进行下发,在AC上可以对所有接入网络的AP进行配置下发,不需要进行每一台接入AP的配置调试工作,提高部署效率。

  2.2 覆盖范围广

  无线连接方式与有线连接方式相比,无线连接方式的优势在于无线信号受地理条件、周边环境影响较小。在船坞、码头等不便于部署有线网络的区域可以采用无线桥接等方式进行覆盖,大幅提升覆盖范围。

  2.3 安全接入

  在无线网络覆盖区域内,首先,可以随时加入支持无线网络的终端设备,然而当采用有线网络时,需再次增设有线点位;其次、公司内无线网络终端都进行资产管理,在AC上进行账号、MAC绑定,同时可以进行通道加密,安全性已经有巨大提升,完全可以满足现有网络安全需求;再次,通过802.1X、AES、WPA等加密和安全机制,配合防火墙的安全策略,可以有效的提高无线通讯的安全防护能力。

  2.4 信道划分

  由于无线区域大,AP数量多,根据AP的分布,对相邻AP使用不同的信道,降低相邻AP之间的信号干扰,提高无线通讯信号的稳定性。

  2.5 Wi-Fi频段

  根据现场不同的环境,利用2.4GHz其传输距离远、穿透能力强的特点,对空旷区域或者遮挡严重区域进行信号覆盖;利用5GHz频段网速快、抗干扰能力强的特点,在室内或干扰较多的区域进行信号覆盖。

3 无线网络在造船企业生产中的应用

  由于造船厂的现场生产环境具有相当的复杂性,要实现造船工业化和信息化,在实时信息应用方面,企业面临着应用数据传输、视频监控、供应链管理、设备设施管理等方面问题,通过无线网络技术可以很好地提高网络覆盖率,解决当前所存在主要问题。

  在船厂建造平台及船坞区域,由于生产现场环境恶略,平台上仅具备动能管路,电缆、动能气管等都在同一管路中,为保障无线覆盖信号质量,通常在平台区域采用光纤进行有线方式互联;船坞区域由于生产因素等,船体会经常移动或吊装分段过程中,常常会因为有线线缆被剪断或在移动、吊装过程中被拉断影响安全生产及网络稳定,为保证通讯正常,船坞区域通常采用无线桥接的方式进行联接。

  3.1 网络情况及配置

  无线覆盖区域120M*810M,本次应用中网络常规配备汇聚层交换机、防火墙、接入交换机、AC、AP等。汇聚交换机与接入交换机之间通过光纤有线互联,汇聚交换机与AC之间通过光纤或者双绞线的有线方式互联,AP可以采用光纤或者双绞线的有线方式部署,不能进行有线网络覆盖的的船坞区域通过定向无线AP与全向无线AP桥接等方式进行部署。根据网络需求,制定网络拓扑架构图如图1。

  3.2 平台覆盖

  组网图如图2。

  3.3 应用优势

  (1)现场人员使用智能终端,通过无线联网,在现场及时获取具体工作内容、更新工作进度及反馈遇到的问题。使用智能终端获取到的即时信息直接传递到后台管理平台,有利于计划编订的人员和数据分析人员能及时获悉现场信息,并有针对性地进行计划和数据的优化调整。

  (2)作业人员可以使用智能平板、AR眼镜等终端来查询施工图纸或信息,可以实时获取最新的施工计划及设计图纸并按计划、按图施工。通过移动终端的使用,纸质图纸的数量大量减少,同时改图、变更等操作都可以进行实时查询,比纸质图纸的查询效率有大幅提高,为实现数字化、无纸化造船提供网络支持。

  (3)作业人员可以使用AR眼镜呼叫远程协助,通过视频共享,远程技术人员可以进行远程技术指导。同时作业人员可以通过AR眼镜进行现场检验,根据三维模型对比,实现对船体、电气、管路等的检查。

  (4)作业人员可以通过智能平板实时反馈的图纸的问题,设计人员可以及时修正,也设计人员将最新的信息及时传递到现场作业区域,尽可能地避免错误施工。以前现场作业人员和技术支持人员的沟通大多采用电话或者对讲机沟通,技术支持人员很难直观地了解现场情况。通过无线网络可以及时传输视频信息,或者实现视频通话,有助于技术支持人员及时了解现场情况并协助解决问题。

  (5)船厂生产现场环境中船体空间是一个较为封闭生产区域,并且船体经常会搬运至不同生产平台,这些区域很难通过光缆敷设进行有线的方式覆盖;焊机等生产设备常用于室外且经常移动,固定式的有线网络无法满足网络接入需求,进行数据通讯较为困难。通过使用无线网络技术,可以实现数据通信,在部分环境允许的情况还可以进行视频传输。

  3.4 部署方案

  考虑生产平台与船坞区域信号传输会受到船体分段遮挡,同时船坞区域龙门吊及塔吊在移动过程中会产生强烈电磁信号干扰,根据接入终端部署密度及移动终端使用区域,无线AP尽量避免部署在空旷区域,远离龙门吊强电电缆及行驶轨道。

  3.4.1 球形覆盖

  现场环境为露天全敞开式的生产平台,为降低走线难度及成本,采用球形天线进行信号覆盖,其安装方式采用立杆,立杆高度在2-3米高的位置,AP间隔在50-70米之间,根据信号强度调整,覆盖整个平台与船坞区域。每个AP设置1个无线信道,使相邻AP之间不存在相互干扰。

  球形覆盖覆盖范围广,安装简单,只需要无线AP的位置敷设一根线缆,即可满足半径30-50米球形范围的无线信号覆盖。

  3.4.2 桥接覆盖

  考虑船坞内船体较大,船身甲板距离地面在20米左右,考虑布线难度,在甲板边缘部署桥接AP,通过无线桥接的方式对甲板进行无线信号覆盖。

  桥接覆盖可以提高无线AP覆盖的范围,对于不便于有线连接的区域,通过无线桥接,实现船体甲板的网络覆盖。

  3.4.3 天馈式覆盖

  由于船体都是钢结构,无法穿透无线信号,采用天馈式进行无线信号覆盖,将一个无线AP接4-8个天线,通过馈线进行连接,馈线可以灵活转弯,可以把无线信号传送到需要的船舱,实现对船体内部的需求性覆盖。天馈式覆盖可以有效扩展无线信号覆盖范围,灵活部署到需要的船舱或其他船体内部区域。

  3.4.4 频段选配

  根据现场带宽需求,平台区域内遮挡较多,范围较广扩,主要以2.4GHz覆盖为主;船体甲板及船舱由于面积较小,船舱之间受到钢板隔断,主要以5GHz覆盖为主。

  3.4.5 AP选择

  采用工业级室外AP,通过POE对AP进行供电;采用企业级FAT/FIT混合型AP,在平台采用FIT模式由AC集中管理,船体甲板及船舱由于AP数量较少且为桥接模式,采用FAT模式进行AP管理。

  3.4.6 安全防护

  配置防火墙,用于监测各安全域之间的数据流;汇聚交换机上配置acl,限制不同网段之间的访问;设备配置远程登陆账号;设置具有高复杂度的密码;关闭telnet服务,采用ssh方式进行登陆;修改AC的默认SSID和关闭SSID广播;设置高等级无线密钥;MAC地址过滤等;对于哑终端进行mac绑定,对于普通移动终端进行身份认证,保障接入终端安全。

  3.4.7 无线AP群组配置

  为避免出现跨AP切换引起的断线或延时的问题,根据平台区域的作业区划分进行AP分组,提升区域内终端无线信号的连续性与稳定性。

  3.4.8 其他配置

  为保障网络稳定,两台汇聚交换机和两台AC均采用堆叠方式进行冗余,网络有线链路部分通过链路聚合协议进行双链路连接,汇聚交换机与防火墙等核心区域采用双链路交叉互联,AC旁路接入网络。

4 结论

  随着科学技术迅速发展,在产品及技术更新换代频繁的今天,无线网络技术是顺应时代发展需要所产生的,随着此项技术不断进步完善与成熟,无线网络技术在特定的工业环境下,可以作为有线网络技术的有效补充及完善。

  同时,随着不断地深入研究,无线网络的带宽、稳定性、安全性、通讯有效性问题也会得到完善和解决,为船厂的智能制造提供强大助力。

参考文献

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作者:田红伟 陶健 翟夫乐 单位:江南造船集团有限责任公司

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