1、多种采集协议的适配:车间设备一般具有多种接口和多种自动化协议,常见的有modbus、PPI、MPI、Profinet、hostlink等,接口一般为RS485、以太网、can口等。
2、具备边缘计算能力:物联网智能网关必须具备边缘计算能力,而不是傻瓜式的透传。可以对数据进行本地化预处理,然后再与MES服务器交互,这样能极大减轻MES服务器的压力。
3、与MES服务器间的通信规约和数据格式:物联网网关与MES服务器见需要支持实时性非常强的通信规约,如MQTT、DICP等,而不是普通的自动化协议。同时约定好传输的数据格式,以被MES服务器解析。
帝图数据采集器适合于用在MES系统的数据采集,比如汽车生产线的数据采集、变电站的数据采集等。在工业物联网应用领域有一个小盒子,个头虽然不多,但是作用却很了不起,离开他,就没什么物联网可谈。对于这个神奇的物联网小盒子,你又认识多少呢?
这个工业物联网的小盒子作用就是数据的采集与传输,我们经常将其称作为工业网关、工业智能网关。工业网关作为一个数据采集模块,他经常要做的工作就是采集设备上的PLC数据信息,并将读取到相关数据信息传输到工业云平台。最终,工业用户实现在云平台读取相关需要的信息。一个小小的盒子承担着数据的采集和传输的双层作用,把守着工业设备数据传递的关口。当然,很多人也会发出质疑,一个小小的盒子竟然会有这么大功能呢?信息传递安全吗?能够保证其实时数据传递不会出现信息的丢失吗?
确实就是这个小盒子,功能作用还真是不一样。对于一些工业智能网关,在设计之初就考虑到信息安全这个问题。例如御控yc-5300系列网关就能同时满足实时传输、断点传输和加密传输这个要求。所以即便是在断网的情况下,数据信息也不会出现丢失,加密功能也很好的保护了用户的信息安全性。这只是归功于网关的一些基本配置,对于一些更高配置的工业级网关可以实现边缘计算、设备现场的实时监控、设备远程监控以及调试等功能。这些功能的实现都是依靠于这个不起眼的智能网关盒子。小盒子大本事,如果没有这个小盒子对设备数据的采集和传输,工业物联网方案也就成为空谈。
工业网关作为工业物联网的硬件是其方案实施的一个根本保证,目前市面上工业网关的品牌众多。选取一个适合自己的网关盒子十分重要,但是其最终还是要落地到其功能选择上。好鞍配好马,好的网关盒子配上专业工业云平台才一套完整可执行的工业物联网方案,才能为工业用户解决问题,提高效率。
如果你想了解更多的工业网关,给自己的设备配上一台合适的网关,不放联系我们,为您提供专业的网关盒子,满足您的需求。
在这之前,我们通过《从陌生到认识——LoRa技术》知道了LoRa,在这之后,我们或许可以将LoRa技术落地应用。
首先,什么是LoRa网关? 网关功能和大小都和WIFI路由器差不多,它用来接收节点(终端)发射的数据,然后通过互联网把数据转送到LoRa应用服务器。
常用的LoRa网关芯片有:
以 Dragino 网关为例,Dragino LG08 网关使用了一个网关芯片(SX1301),两个射频前端芯片(SX1257),可以同时监听8路+1路LoRa信号,接收灵敏度为 -140dBm,支持LoRaWAN协议标准。
大部分网关的设计都可以同时接收8 路不同射频频率的信号
因为,LoRa网关有8个LoRa信号接收信道,这信道好比马路上的车道,如果马路有八条车道,即可以同时实现八辆车并排通行,如果要求每一种类型的车仅能行驶在固定的车道,那么,八车道的马路同时并排的八辆车必须是不同类型的,LoRa网关也如是,它只能同时接八种不同类的信号(频率和SF不同),如果同一时间有大量节点发射数据,网关的信道被占满后,会放弃其他多余的信号。
LoRa信道冲突是很常见的,所以节点发射信号要有协议规定,例如信号占空比,每个节点每次发射信号占用的时间不能超过规定的时间,否则视为不遵守规则。 网关可以通过硬件设计方式,例如添加节点芯片,实现LBT——listen-before-talk,LBT的作用是监控信道是否被占用,在某些国家(日、韩)是强制要求网关实现这个功能的,因为这些国家面积小,人口又比较多,通信频道容易拥塞,使用LBT能提高信道效率。
网关容量的计算比较复杂,如果终端按每3分钟发射一次数据,数据长度为50B去估算,网关接纳终端的数量是900个左右。
具体要计算网关接纳终端的容量,受很多因素制约,其中至关重要的是通道多址接入控制协议,多址接入协议分类有:
1固定多址接入,典型的有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、 码分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)。
2随机多址接入,靠随机数控制,典型的协议有ALOHA, CSMA。
3基于预约的多址接入,数据发射前先进行通道预约,原理和日常预约挂号差不多。
LoRaWAN一般有8路信道,每路信道是相互独立的,我们只要分析其中一路信道,计算其容量,再乘以8就可以计算出网关的容量。
以Dragino LG08网关的其中一个信道为例进行分析,首先,需要统计网关覆盖区域内的所有终端节点的发包长度、ADR后的扩频因子、发包频率这些参数。通过LoRa计算工具(计算公式)计算出LoRaWAN模式下不同扩频因子对应的传输速率,并计算出每个终端节点的每个包的飞行时间,然后进行加权平均和数据处理。
处理方法如下:
很明显LoRa的网关容量是足够大的,物联网节点设备每天的发包率大多数都很低,一个Dragino LG08网关每天可以支持几十万(粗略估算 )条上行数据,计算公式: 。
如果考虑下行数据,上行的数据包总量会有所减少,大概会减少 20%~50%的上行数据容量。
如果使用Dragino的新款网关LIG16(SX1302方案),上述数据容量会明显增大,1302的信道的吞吐量要比1301大 倍。
基本上,LoRaWAN网络的信道容量是足够的,网关布置的关键是要考虑信号的覆盖问题。
LoRa节点芯片亦发展到了第二代,第一代为SX127X系列,第二代为SX126X系列,新产品性能必须要比旧产品性能好,SX126X对比旧版的优势有:
可以通过使用温补晶体或电路开槽的方案解决。
空中飞行时间可以通过公式计算得到:
是单个码元的时间, 是数据包码元总数。
数据包长度值最小是1B,最大长度需要满足国家地区无线电规范。 需要注意的是,每增加1B长度的数据,其空中飞行时间不会连续增加,而是增加一定字节的数据后一次性增加时间。
这是因为数据发射前要经过LoRa芯片的交织编码处理,而交织编码器有一定的容余空间。
例如在 SF = 7 的配置下,交织器的容量是 ,其中有 是有效载荷, 发送1B~3B的数据都是用5个码元,发送4B数据时,就要10个码元数,而10个码元可以容纳56b(7B)有效载荷。
LoRa通过无线电波传输,无线电波从发射天线发出,沿不同途径和方式到达接收天线,传输到达的距离远近和电波的频率、极化方式、传播的路径等有关。
电波的理想路径是在真空传输,没有阻挡,舒舒服服。
在实际的应用环境中存在各种障碍物,使电波的传播产生反射、绕射和衍射等非理想传输方式,造成距离计算的多样性和复杂性。
无线电波极限距离可以用公式表达为:
弗里斯传输方程是讨论,在自由空间的一个射频发射和接收系统中,发射功率、接收功率与天线增益、传输距离之间的关系。
当发射天线与接收天线的方向系数 都为1时,设发射天线辐射功率 与接收天线的最佳接收功率 的比值为 , 得公式:
D=1时,无方向性发射天线的功率密度:
D=1时,无方向性接收天线的接收面积:
该天线的接收功率为:
于是自由空间传播损耗为:
当电波频率提高一倍或距离增加一倍时,自由空间传播损耗分别增加6dB 。
如果考虑天线增益影响,发射天线增益系数为 , 接收天线为 ,可以导出公式:
这就是弗里斯传输公式 ,它还有很多变形,利用公式可计算收发设备间的最远工作距离 。
电磁波传播过程中存在额外衰减,定义为衰减因子:
相应的衰减损耗为:
A与工作频率、传播距离、媒质电参数、地貌地物、传播方式等因素有关。
基本传输损耗:
在路径传输损耗 为客观存在的前提下,降低链路传输损耗L的重要措施就是提高收、发天线的增益系数。
链路预算用来估算信号能成功从发射端传送到接收端之间的最远距离。
一个系统中链路预算等于其发射机的最大输出功率与接收机最高灵敏度的差值,用dB表示。当系统的链路预算大于路径损耗时,可以实现通信。
接收信号强度(RSSI)常用 表示, 用来判断链接质量,其表达式为:
理论上两颗简单的SX1262芯片就可以实现地球和月球之间的无线通信。
实际应用可以通过增大发射功率或者改善天线架设环境等措施去增加无线传输距离。
LoRa技术的性能大体讨论到这里,更高深的知识还待去学习更新。
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