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在當今無線測控工作站的檢測信號與控制信號傳輸過程中，一種是傳統(tǒng)的模擬式傳輸，以FM-FM為代表；一種是數(shù)字式傳輸，以PCM為代表。兩種方法各具特點，模擬式傳輸實現(xiàn)起來比較簡單，不需要專用的控制芯片進行數(shù)據(jù)控制，實時性好，不足之處是傳輸精度不高且易受環(huán)境干擾；數(shù)字式傳輸實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，需使用專門的智能控制芯片進行數(shù)據(jù)位控制。在檢測狀態(tài)進行數(shù)字通信時，要保證數(shù)據(jù)位的同步極為困難，成為制約數(shù)字式無線通信工程應(yīng)用的主要瓶頸。而其優(yōu)點則是傳輸精度高，安全性好，是未來無線通信發(fā)展的方向。尤其在現(xiàn)代無損檢測過程中，由于現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，不可控干擾因素較多，信號的抗干擾能力就顯得非常重要。 1 傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)組成 測量系統(tǒng)組成如圖1，圖2所示。 在傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)中，測量站基本組成為：傳感器組、數(shù)據(jù)采集器、單片機或PLC控制系統(tǒng)和通訊適配器及模擬電臺。信號傳輸一般分為2組，一組是采集信號傳輸，一組是測量站工作控制信號傳輸。在傳輸過程中，可以采用模擬式傳輸，或現(xiàn)代的數(shù)字電臺傳輸。要保證信號穩(wěn)定傳輸，一般要求用兩組信號通道分別傳輸，傳輸過程中還要考慮到電源干擾及檢測部件如射線源的輻射干擾等。對于信號采集系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)采集器采集的模擬信號如果直接通過模擬電臺傳輸，傳輸精度及帶寬由于各種現(xiàn)場環(huán)境的影響，其效果難以保證，即便是信號通過模／數(shù)轉(zhuǎn)換后經(jīng)由數(shù)字電臺傳輸，傳輸精度及帶寬也不能保證實時信號能為后續(xù)處理系統(tǒng)接受。控制部分一般是利用單片機或PLC實現(xiàn)。單片機和PLC的造價可能較低，但單片機前期開發(fā)及量產(chǎn)少問題困擾著系統(tǒng)開發(fā)者。控制精度和系統(tǒng)調(diào)試上，單片機和PLC系統(tǒng)調(diào)試需要有專門的外圍設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員的支持。遙控測量站動作所需的控制信號由模擬FM電臺傳輸，控制信號的精度由于現(xiàn)場環(huán)境影響有時也不能保證。系統(tǒng)調(diào)試過程中的工作量及系統(tǒng)運行過程中的人機互動過程實現(xiàn)也極其困難，特別是在遙控站系統(tǒng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)修復(fù)及人工控制又為系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用提出了難題。因此，傳統(tǒng)模擬信號傳輸系統(tǒng)及部分數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)在應(yīng)用過程中有很多不足及難以預(yù)料的問題。 2 數(shù)字系統(tǒng)組成 其測量系統(tǒng)組成如圖3，圖4所示。 在數(shù)字系統(tǒng)組成中，模擬信號經(jīng)由傳感器組傳輸?shù)綌?shù)字數(shù)據(jù)采集器中，經(jīng)過濾波、放大、模／數(shù)轉(zhuǎn)換等轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入測量站控制機。控制機經(jīng)由Intel公司的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)端口與主控機進行無線聯(lián)網(wǎng)，通過對主機與測量站控制機的分別設(shè)置，使測量站控制機成為主控機的一個遠程終端，實現(xiàn)對其完全遠程控制。通過無線網(wǎng)絡(luò)，測量站控制機采集的實時數(shù)據(jù)及圖象傳輸至主控機，同時主控機對測量站控制機進行全面控制，并且通過RS 232端口或USB端口控制其他外圍設(shè)備。如果在測量過程中，無線信號傳輸有較強烈的干擾(如X射線干擾)，可利用無線網(wǎng)絡(luò)進行機器工作狀態(tài)預(yù)覽。測量站控制機采集實時數(shù)據(jù)并存儲，干擾去除后，再把有用信號無線傳輸至主控機。主控機在接收信號的同時并控制測量站設(shè)備進行下一次信號采集準備，一切就緒后，打開采集系統(tǒng)進行下一次工作。如此添加中間存儲環(huán)節(jié)，通過全數(shù)字的無線信號傳輸，提高了數(shù)字信號傳輸精度，也提高了抗干擾能力及控制精度。 2.1 傳感器組及數(shù)字信號采集器的組成 該系統(tǒng)可以應(yīng)用于現(xiàn)有的多種檢測技術(shù)中，即能把傳感器組所得到的檢測信號通過信號采集器變?yōu)閿?shù)字信號的所有系統(tǒng)中。該系統(tǒng)不但能完成常規(guī)信號(如溫度，壓力，流量等傳感器組采集的信號)和非常規(guī)信號(攝像頭，各種內(nèi)窺鏡，聲納信號等)的傳遞工作，更可應(yīng)用于無損檢測工程領(lǐng)域，用以傳輸超聲波測量信號和X射線檢測圖像的數(shù)字信號。比如，超聲波探頭信號，當超聲波探頭換能器將探傷回波轉(zhuǎn)化為電信號，信號采集器即可設(shè)計為具有信號放大、濾波、整定、模／數(shù)轉(zhuǎn)換等功能的結(jié)合體，當信號經(jīng)過一系列整定變?yōu)閿?shù)字信號后，再經(jīng)由測量站控制機端口進入計算機進行儲存和傳輸，完成信號采集；而對于X射線數(shù)字實時成像采集設(shè)備——平板檢測器(FPD)，若平板檢測器能直接輸出數(shù)字圖象，便可以直接通過數(shù)據(jù)電纜，經(jīng)過測量站控制機端口進入計算機存儲和傳輸；對于需要轉(zhuǎn)換的信號，可以先經(jīng)過專有設(shè)備轉(zhuǎn)換為測量站控制機所能采集的信號，再進入計算機進行存儲和傳輸。 2.2 測量站控制機 測量站控制機在整個測量站中處于核心地位，對于能否實現(xiàn)測量站的正常工作及穩(wěn)定信號傳輸有極其重要的作用，所以對其選擇一定要慎重。測量站控制機性能必須滿足以下幾點： (1)具有低功耗、高效率特性、最好能直接由標準電池組直接驅(qū)動； (2)工作溫度區(qū)限必須寬、散熱性良好、適用于溫度變化大的場合； (3)耐沖擊、耐震動、適用于各種現(xiàn)場環(huán)境； (4)體積適中，對于一些移動采集測量站尤為重要； (5)擁有數(shù)字無 線傳輸能力，支持無線傳輸協(xié)議； (6)系統(tǒng)能和主控機進行良好的系統(tǒng)兼容，能保證順利的軟件對接； (7)有豐富的外圍接口，能與多種信號采集器及工業(yè)控制器PLC等設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸與控制。 基于以上幾點和現(xiàn)有的軟件流行趨勢，應(yīng)該選擇盒式工控機和單片機等應(yīng)用廣泛的工業(yè)控制機。這種工控機具有良好的接口性能，擁有LAN接口，能支持WIFI無線傳輸協(xié)議，有擴展功能。最好采用裝有Windows XP Embedded系統(tǒng)的工控機，這樣就能更好地實現(xiàn)測量站的穩(wěn)定工作和信號傳輸。 2.3 通訊適配器及通訊協(xié)議的選擇 考慮現(xiàn)場實際工作環(huán)境，合理地選擇通訊適配器及通訊協(xié)議，對于是否能穩(wěn)定、高效、保證傳輸精度也很重要。對于一般測量站與主控機，因其在可視的范圍內(nèi)，可以選擇現(xiàn)在通用的WIFI信號適配器。在WIFI信號能滿足的情況下，如需遠距離傳輸控制，可以添加無線網(wǎng)絡(luò)路由器，經(jīng)路由器與INTERNET廣域網(wǎng)進行連接，進行合理配置后，擴展為遠距離傳輸，多點傳輸與控制。例如，在油品常輸管線冰堵點定位檢測中，檢測現(xiàn)場工作人員、遠程監(jiān)測人員、介質(zhì)加壓泵站人員都需要同時了解實時檢測狀態(tài)，通過該系統(tǒng)可良好實現(xiàn)多點傳輸與控制。如果不能保證工作場合有廣域網(wǎng)連接，也可添加WIFI信號功率放大器或者添加現(xiàn)有的數(shù)傳電臺，如Motorola公司的GM系列車載電臺，工作于VHF／UHF頻段，可進行無線數(shù)傳(9線制標準串行RS 232接口)，或者美國MDS公司遙測遙控系列數(shù)字電臺(采用數(shù)字信號處理、糾錯編碼、軟件無線電、數(shù)字調(diào)制解調(diào)和表面貼片一體化設(shè)計等技術(shù)，具有高性能、高可靠性的特點，電臺能提供標準232數(shù)據(jù)口并可直接與計算機、地震數(shù)據(jù)采集器、RTU數(shù)據(jù)終端、GPS接收機、數(shù)碼相機等連接)。 2.4 主控機的選擇 在選擇主控機時，要考慮到主控站工作環(huán)境、數(shù)據(jù)傳輸與儲存能力、數(shù)據(jù)處理能力、外圍擴展接口(連接更多的后期數(shù)據(jù)處理專業(yè)設(shè)備)等特點。對于移動主控機工作站，可以選擇車載電腦甚至手提電腦。對于需要強大的后期處理能力的，可以選擇圖形工作站等有特殊要求的計算機。對于要求測量系統(tǒng)高精度控制或使用在特殊控制的場合，可以選擇能外接特殊控制系統(tǒng)并可把信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給測量站工控機的主控機。 3 結(jié)語 通過把數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于無損檢測的實時檢測系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)原有設(shè)備的模擬式傳輸轉(zhuǎn)換為數(shù)字傳輸。對于工作現(xiàn)場沒有干擾，數(shù)據(jù)傳輸量少的情況，可以選擇功能簡單，造價較低的測量站工控機、單片機。對于多組信號采集，可添加多個信號采集設(shè)備和無線網(wǎng)絡(luò)路由器、無線信號中繼器等設(shè)備進行設(shè)備功能擴展。對于現(xiàn)場工作環(huán)境復(fù)雜，無線信號干擾嚴重的場合，可以先進行信號采集與儲存，結(jié)束后，關(guān)掉干擾源，再以設(shè)定的傳輸方式進行測量站與主控站計算機的無線信號傳輸。 本系統(tǒng)也可添加無線網(wǎng)關(guān)等聯(lián)入Internet廣域網(wǎng)，進行超遠程數(shù)據(jù)傳輸與控制，真正實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、高效的異地控制方案。把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)代無損檢測技術(shù)良好地結(jié)合和運用。通過其他功能擴展，還可實現(xiàn)更強大的控制功能與作用。經(jīng)實驗室和生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用表明：由于采用全數(shù)字無線信號傳輸、數(shù)據(jù)傳輸準確及時、控制精度高，抗干擾能力強、達到了預(yù)期效果。 |
