تطبيق الاتصالات اللاسلكية LoRa في تحليل بيانات الطاقة وإدارة المصانع الذكية

1. مقدمة لتكنولوجيا LoRa

LoRa، الاسم الكامل لـ Long Range، هي إحدى تقنيات الاتصالات منخفضة الطاقة في شبكات المناطق الواسعة (LPWAN). تستخدم تقنية تعديل الطيف المنتشر المتقدمة ونظام ترميز متطور لزيادة ميزانية الاتصال وتحسين أداء مقاومة التداخل. تصل ميزانية ارتباط LoRa إلى 157 ديسيبل، مما يسمح بمسافة اتصال تصل إلى أكثر من 15 كم (حسب البيئة). لا تحافظ LoRa فقط على نفس خصائص استهلاك الطاقة المنخفضة لتعديل FSK، بل تزيد أيضًا من مسافة الاتصال بشكل كبير، مع تحسين كفاءة الشبكة والتخلص من التداخل، أي أن المحطات ذات تسلسلات الانتشار المختلفة لن تتداخل مع بعضها البعض حتى لو استخدمت نفس التردد للإرسال في نفس الوقت، وتتمتع باستقرار أفضل ضد التلاشي العميق في الاتصال وتغير تردد دوبلر.

تعمل LoRa حاليًا بشكل أساسي في نطاقات التردد المجانية حول العالم، بما في ذلك 433 و868 و1000 و1200 و2400 و2500 و3200 و3300 و3500 و43 ...4330 و4330 و4330 و4330 و4

٩١٥ ميجاهرتز وما إلى ذلك. يستخدم هذا المقال وحدة LoRa في نطاق التردد ٤٣٣ ميجاهرتز، بمسافة بين القنوات تبلغ ٢ ميجاهرتز، مع تقنية نصف دوبلكس ونقل مشفر شفاف لضمان أمان نقل البيانات. تتميز هذه الوحدة بخصائص المسافات الطويلة، وانخفاض استهلاك الطاقة، وتعدد العقد، وانخفاض التكلفة، وهي مناسبة لمعدات البناء الموزعة على نطاق واسع والمتباعدة. شبكة اتصالات تتميز بمسافات طويلة، ومقاومة للتداخل، وانخفاض استهلاك الطاقة. ينتمي هذا النطاق الترددي إلى نطاق الترددات غير المرخص ISM، ولا يتطلب دفع رسوم للمشغل. يتميز هذا النطاق بتداخل أقل، ويمكن لـ LoRa دعم الاتصالات فيه بشكل جيد.

2. الوضع في الموقع

تُستخدم حاليًا عدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف في خزائن مفاتيح الجهد المتوسط ​​في كل غرفة كهرباء بمصنع الأسمنت، وعدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف في خزائن مفاتيح الجهد المتوسط ​​الرئيسية المخفضة، وعدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف في خزائن القياس، بالإضافة إلى مستوى الزيت، ودرجة حرارة اللفات، وغيرها من معدات المحول. لم يتم ربط الإشارات بعد بنظام التحكم الموزع (DCS) لضمان مراقبة شاملة وإدارة مركزية، وذلك لعوامل مختلفة، مثل تخطيط التصميم، وانتشار المعدات، والموقع الدقيق للأجهزة. إن القراءة اليدوية لكل عداد طاقة كهربائية، والفحص اليدوي لمحولات الطاقة، ليسا فقط غير فعالين، بل إنهما أيضًا ينطويان على معدلات خطأ عالية.

ارتفاع الطلب على الموظفين وعبء العمل كبير. تتطلب الأتمتة المتكاملة والذكاء الاصطناعي للمصانع الذكية دمج معلمات تشغيل هذه الأجهزة في نظام مراقبة التوزيع (DCS) لمراقبة التشغيل، مما يحقق جمعًا ومراقبةً وتحميلًا مركزيًا آليًا، مما يوفر تحليلًا وإدارةً آنيًا لبيانات الطاقة، والوصول إلى بيانات الطاقة التاريخية، ومعلومات عن المعدات للمصانع الذكية. كما توفر المراقبة الإلكترونية الفورية مصادر للبيانات.

عادةً ما تحتوي معدات الأجهزة الذكية، مثل عدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف ومؤشرات درجة حرارة المحولات عن بُعد، على واجهات اتصال EIA-485. تُصمم هذه المقالة نظامًا لمراقبة البيانات عن بُعد يعتمد على شبكة LoRa اللاسلكية المخصصة، باستخدام تقنية إنترنت الأشياء للاتصالات اللاسلكية LoRa، باستخدام ناقل LoRa اللاسلكي وناقل 485 لتشكيل جهاز اتصال الطبقة المادية للشبكة، بينما تُمثل Modbus-RTU طبقة ربط البيانات وطبقة التطبيق. يُتيح بروتوكول الاتصال التواصل بعيد المدى بين مختلف الأجهزة والمعدات الذكية. من خلال هذه الشبكة، يتم جمع وتحميل إشارات المعدات تلقائيًا في الوقت الفعلي، مثل عدادات الطاقة الكهربائية متعددة الوظائف، وعدادات الطاقة الكهربائية عالية الدقة متعددة الوظائف، ودرجة حرارة سطح زيت المحولات في مختلف الغرف الكهربائية، وخزائن خفض الجهد الرئيسية في موقع المشروع، مما يُحقق التكامل بين نظام التحكم الموزع (DCS) والمصنع الذكي. تتميز هذه الأجهزة بقدرات مركزية لجمع البيانات ومراقبتها.

حلول شبكات الاتصالات اللاسلكية Acrel Lora