研华工控机物联网无线数据采集解决方案，轻松掌控大型厂区环境监测

详细介绍

应用行业: 环境监测

应用地区: 大型厂区

应用产品: Smartswarm-342 网关、Wzzard 2.4G WIFI MESH数据采集节点、研华IPC、WebAccess/SCADA

项目背景

身为全球制造大国，国内各地有着许多大型工厂，如何有效管理一个工厂，不管是生产线管理，或是关乎整个厂区运作的能源管理，都有着各别不同的专业。此外，整个厂区的环境管理，也是维持整个工厂正常运作的关键因素之一。面对一个大型厂区，遍布在厂区周围各式各样的监测设备、水泵等，如何收集与检测这些数据，是每个工厂管理者关心的重点。

华东某品牌汽车厂，因厂区位于地势低洼之处，不管是夏日梅雨季，或是台风来临等连续降雨日，整个厂区常因为排水不及，而使得厂区多处积水，造成人车出入不便，更严重影响产品物流进出，厂房运作等问题。虽然在厂区周遭分别设有许多排水系统，雨水与废水水井等，但是因为各别系统独立没有整合，过去多半是传统人工监测与执行，一旦遇到瞬间大雨，往往反应速度太慢而造成影响。为了改善厂区周围环境数据监测系统，客户找到研华，希望研华能提供建议与方案。

面临挑战

由于该厂区属于大型厂区，整个厂区由几个大型车间组合而成，而环境监测设备则分散在各个车间周围，主要用做废气排放监测以及特定管道的数据监测。在整个厂区周围则分别配置有废水井，雨水井等，并配有水泵。此外，厂区内道路旁也同样设有排水系统。在与客户沟通的过程中，为了能快速的掌握整个厂区环境数据与设备状况，客户希望通过安装传感器的方式，将各别系统设备进行数据采集，最后将数据回传至位于厂区中央的办公室二楼主机系统，但由于厂区面积较大，设备位置分散，加上厂区内道路不断有大型车辆通行，如果用有线的连接方式，将需要动用挖掘机械，将线缆埋在地下，如此一来成本将会大幅上涨，而一旦线缆出现异常，维护成本也非常高。

因此，与客户沟通的过程中，很快的就决定采用无线的方式来进行数据采集，除了通讯方式确定后，客户设备大多安装于户外的环境，在产品的选择上，也被限制在需要具备有防水防尘的考量。综合客户的需求，大致上我们可以列出：

1. 需要采用无线传输

2. 能连接4~20mA， 0~5V传感器

3. IP67防护等级

4. 工业级宽温设计

客户厂区面积大且监控设备分散，传统的WIFI产品因传输距离问题，可能无法提供好的解决方法，另外一个问题，由于客户的设备分散，并非每个位置都能拥有好的供电来源，如果使用标准的WIFI采集模块，供电选择上很有可能会出现问题。因此最后我们在客户的需求点上，新增两个：

1. 低功耗产品，能支持电池安装与外接电源，或使用太阳能板供电。

2. 能支持自组网

和客户沟通确认需求之后，我们推荐客户使用研华B+B Wzzard数据感知平台，以及WebAccess/SCADA作为整体方案的主要内容。

方案设计

研华B+B Wzzard数据感知平台，主要分为两个部分：

1. Smartswarm-342 网关

2. Wzzard 2.4G WIFI MESH数据采集节点

Smartswarm-342网关：

可配置的用户业务逻辑数据处理和仪表板
通过MQTT，电子邮件，短信和其他各种方式提供全面的数据输出服务和数据库连接
集成来自Wzzard Mesh，WISE，ADAM和第三方设备的数据
整合来自互联网的数据
可通过有线乙太网或是蜂窝网路与IIoT系统连接
可作为LAN到WAN桥接，用于第三方设备连接
工业级宽温设计

Wzzard传感器节点：

超低功耗802.15.4e SmartMesh IP技术
通过高度可扩展且可靠的无线网状网络与SmartSwarm-342网关进行通信
连接工业标准模拟或数字传感器
坚固耐用，符合IP67防护等级外壳
MQTT和JSON IoT协议到应用程序平台
工业级宽温设计
支持电池安装或外接电源

系统架构图

通过Wzzard数据采集节点与现场传感器使用有线连接，Wzzard采集到传感器数据后，将数据转换成MQTT协议后，通过无线方式传至Smartswarm-342网关，而部分较远的设备，则通过Wzzard 数据采集节点支持自组网的特性，经由跳点的方式，将数据回传。Smartswarm-342网关安装于整个厂区中央位置的办公室二楼内，通过无线的方式，收集节点数据，并将收集到来自于Wzzard的数据，经由有线乙太网传输至系统主机上的WebAccess/SCADA上，最终通过WebAccess/SCADA来监控所有现场设备数据。

项目执行

安装后，经过几个月的反复调试与夏季多个台风的考验后，客户对于整体方案非常满意。虽说Wzzard数据采集节点支持电池安装，但考量整体的网路稳定性，我们最终在几个区域的安装位置使用了外接太阳能板，来作为供电来源，调整过后的方案，在今年几个台风来袭的期间，得到非常好的验证，在台风期间，透过Wzzard自组网的特性，所有水井，废水井，排水系统的设备数据与监控数据，完整的被传至WebAccess/SCADA系统上，让客户在第一时间掌握所有状况，避免了厂区淹水的问题重现，厂区运作得以正常。而在正常天气下，随著夏日高温的曝晒，即使Wzzard数据采集节点内部温度已经侦测到超过60度的高温，设备运作依然正常。