各种无线转有线的解决方案

　　一般在规划与布建监控系统时，长距离的布线作业是一个重要的考量因素，因为不仅施工繁琐、提高安装与维护成本，甚至在使用环境中，布线的路径上方有天车在吊挂、地面有地磅在秤重货品，或是检测点位于移动式装置上，这些因素都会造成布线上的困难，且大量的线材也会造成资源上的浪费。因此，如何减少布线已是自动化领域，眾制造商努力寻求解决方案的重要议题。有鉴于此，泓格科技(ICP DAS) 近几年致力于无线技术的研究与针对无线监控技术提供整合性的解决方案，分别有WLAN、DSSS RF、2G/3G、ZigBee、IR 等。

　　不论是有线讯号转无线讯号，还是有线讯号转有线讯号的应用，除了规划架构之外，需先考虑的是界面的转换，例如RS-232/RS-485、CAN Bus、以太网络(Ethernet) 等通讯界面的转换。其次，也需考虑通讯距离、资料量多寡与通讯速率的影响。泓格在无线方面已有丰富的经验与各种方案，使用者皆可透过泓格的无线转换器转换讯号且不失真，以维持原本的系统架构，在不需要变动太大的修改下，即可简单地完成有线转无线的功能。

　　接着，我们将重点介绍各种无线转有线的解决方案，其中包含讯号转换的配置，以及实际完成后的效益。

　　
　　WLAN 解決方案

　　无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)主要是使用无线电波作为资料传送的媒介，可提供内部网络的连接与具有高带宽的特性。如下图所示，泓格在WLAN 的解决方案提供RS-232/RS-485 转Wi-Fi、CAN Bus转Wi-Fi、Ethernet 转Wi-Fi 等多种界面的转换。在WLAN的应用中，这些无线模块皆可透过一般市售的Wi-Fi AP连上网际网络，进行远端维护、互传资料等功能，而且使用者可依据应用需求选用不同类型的模块。

　　
　　举例来说，近年来，传统水产养殖场在生产技术方面有加强养殖生产自动化及工厂化的趋势，但在实际应用中，若要依现有环境布建有线网络监控养殖过程会较为复杂，此时使用无线的通讯架构是较佳的选择方案。

　　在台湾南部的水产养殖场中，客户现有的设备已可监控养殖场的水质与喂鱼，但是过程中仍需人员定时前往现场查看设备状况，适当的调整相关参数，故在实现生产自动化的效益上较为有限，因此希望可集中管理。泓格针对客户的需求，在不改变原本的使用架构下提出对应的解决方案，如图3 所示。控制室位于客户的家里，由XPAC-8741 透过M2M-711D (Wi-Fi 转换器) 轮询uPAC-7186 与M-7060D(4DI/4DO)、M-7017R(8AI) 等装置，再将收集到的资讯显示在EZ Data Logger，藉此监控叶轮增氧机( 俗称打水机)、自动喂鱼器与加药装置、水质pH 值监视、水温监视等设备。如此一来，客

　　户就可在家里即时监看养殖场设备的状况，以及利用收集到的历史资料，追踪适当参数的养殖成效，不仅可减低人力负担，还可提高生产效益。

　　
　　除此之外，泓格在CAN Bus 转Wi-Fi 的应用也有相当的经验。位于台湾中部的工厂，客户原本使用泓格的板卡PEX-CAN200i-T 监控工厂内的CAN 设备，但因厂区内的设备摆放较为分散，加上常有货车、堆高机在装卸货容易造成线材被碾压而破损。针对此需求，我们建议客户采用I-7540D-WF(CAN Bus 转Wi-Fi) 透过现场的Wi-Fi AP 取回CAN Bus 的讯号，如图4 所示，不仅可简化原本的布线，还可降低维护线材的成本。

    　　另一方面，泓格在以太网(Ethernet) 转Wi-Fi 的应用也具备丰富的经验。在台湾南部的一家生产工厂，厂内有数台配有HMI 的车辆，原本的架构是由操作人员在车辆上控制HMI，再定时将HMI 上显示的车辆状况回报给控制室统整。但此作法难免会有人为疏失且不够即时，因此客户希望实现在控制室即可监控车辆状况的解决方案。对此，泓格延用客户厂区内现有的Wi-FiAP，并从各台HMI 分接Ethernet 到WF-2571(Ethernet转Wi-Fi 模块)， 最后由控制室透过WF-2571 使用ModBus TCP 轮询每台HMI 的车辆状况以达到监控之功能，如图5 所示。

　　
　　DSSS RF 解决方案

　　直接序列展频(direct-sequence spreadspectrum，DSSS) 是一种讯号调变的技术，可降低信号或背景杂讯的干扰。如图6 所示，泓格提供SST 系列模块等DSSS RF 的解决方案，模块可透过DSSS RF 转RS-232/RS-485 达到所需的功能。

   
　　在台湾南部地区的项目，大多以生产钢铁、化工等基础原料为主，其中，有一传统工厂在生产过程中因制程需求，需要使用天车吊挂模具与吊挂铁水进行浇注。但因天车属于移动设备，若要采用布线的方式在控制室监视，以及在地面浇注站的大型显示器上显示模具重量与铁水浇注流速有相当的困难度。因此，泓格建议客户可使用2 对SST-2450 (RS-232/RS-485 转2.4GHz) 分别透过RS-232 与RS-485 连接天车上的控制器。控制室可透过其中1 对SST-2450 轮询天车的控制器，得知模具重量与铁水浇注流速；另一方面，天车控制器可主动透过另一对SST-2450 将模具重量与铁水浇注流速传送到

　　地面浇注站的大型显示器显示，如图7 所示。

　　
　　2G/3G 解決方案

　　泓格的2G/3G 无线解决方案可用于监控小量、中量或大量的无人遥控设备，或2G/3G 网络中的移动装置。此类型的模块是智能型的2G/3G 调制解调器(modems)，具有多种有线界面、一个2G/3G 数据服务器(DataServer，DS) 和具有嵌入式动态IP 解析技术的PAC，可帮助使用者快速整合2G/3G 技术，节省开发时间与成本，如图8 所示。

   
　　环保议题一直都是人们关注的事项之一，促使电动车产业慢慢受到重视。在此产业中，电动车租赁业者希望有效掌握电池是否正常充放电，以及长时间使用时电池是否已老化等状况，进而考量充电站的布点，故初期需适时地监视已出租电动车的移动距离、位置、电池电量等资料。泓格针对此应用需求，建议在电动车上安装GT-540P、G-4500 等设备，透过GPS 定位与主动回传自己的位置给主控站的OPC server。客户可利用任何一台电脑或手机的浏览器经由网络进入主控站的InduSoft 或泓格帮客户建置的Google map 网页，即可在OPC server 查看目前电动车的移动状况、电池电量等资料，如图9 所示。

　　
　　另外，泓格除了通讯界面的应用，2G/3G 模块在DIO 方面也有相当不错的经验。例如：一般台风或梅雨季节来临时，台湾山区的河川容易因豪雨而暴涨，此时桥梁水位侦测就相当重要，因为桥梁可能被大量河水冲刷而断裂，造成用路人的伤亡。但有些桥梁位处山区，布线成本昂贵，因此，桥梁的监控中心就需要监控桥梁水位的无线解决方案。针对此案例，泓格建议使用GT-530( 具备RS-232、10DI、2DO) 与山区附近的2G/3G 基地台做无线通讯。当水位暴涨而触发水位侦测器的DI讯号时，GT-530 可依此DI 讯号发出短信警报给附近的基地台，基地台再转发给桥梁监控中心的GT-530 输出灯号或声音等警报讯号。让监控中心的人员可第一时间进行危机确认、封桥或交通管制等应变，将可能发生的伤亡降到最低，如图10 所示。

   
　　ZigBee 解決方案

　　ZigBee 具有无线、低耗电、低功率、微小型的设计、设置容易与网状(mesh) 网络传输等特性，特别适合低速、资料量少、区域型的传输系统。以ZigBee 无线技术为基础的设备监控系统不仅可减少布线成本，其网状网络的传输特性不受厂区距离限制，可有效掌握设备的运转状况，如图11 所示。

　　
　　举例来说，屋顶型太阳能发电系统主要是在自家或其他建筑物的屋顶架设太阳能模块，将光能转为电能供自家使用或是售给台湾电力公司，因此使用者需长时间监视光能转换后的发电资讯。但在大多数的情况，太阳能模块与逆变器(Inverter) 是被分别架设在多栋建筑物的屋顶，客户无法布线集中管理太阳能模块的发电资讯，故需要可集中管理的无线解决方案。在此应用中，客户的办公室已有发电资讯的显示软件，故泓格建议使用PDS-755 透过ZT-2550 轮询各个ZT-2551 后方的逆变器以得到发电资讯。最后再由办公室的显示软件经由Ethernet 主动读回PDS-755 中储存的发电资讯。

　　
　　另外，传统式路灯管理只能实现路灯的开关控制，无法即时监测路灯状态，如路灯目前电压、电流、亮度等参数。加上传统路灯管理皆仰赖人力，必须定期派员巡修或倚赖地区民众通报，再派员修护，恐造成人力浪费及修护时程的延宕。再者对于天气影响，而需要动态调整灯光亮度，亦无法即时进行调控，恐造成能源浪费。为了实现路灯监控，若采有线通讯，长距离的布线势必施工繁琐，大量线材也会造成资源浪费。泓格针对路灯监控及节约能源之议题，以ZigBee 无线科技及控制技术提供整合性解决方案。

　　在台湾南部的大学中，蜿蜒的山区道路布有数盏路灯，每盏路灯有3 颗LED，原则上在夜晚时开启1 颗LED 已足够照明，但为了适时调整路灯亮度、切换损坏灯泡与延长灯泡寿命，客户希望可由控制中心统一监控路灯的状态，每小时依序切换1 颗LED 照明，如图13 所示。因客户的控制中心已有Ethernet 界面与监控路灯的软件，加上泓格评估蜿蜒山区道路会有山壁遮挡无线讯号之可能性，建议控制中心架设ZT-2570(Ethernet 转ZigBee)，透过Ethernet 定时轮询每盏路灯上的ZT-2060，利用ZigBee 具有转跳无线讯号的能力以避开山壁的遮挡，藉此取回或设定各路灯的LED 状态。其中，路灯之间若被山壁遮挡而导致讯号不佳，则可使用ZT-2510 (Repeater) 为无线环境提供有效的路由，提高讯息交换成功率。另一方面，控制中心也可透过ZT-2570 轮询ZT-2551 与PM-2133( 智能电测模块)采集区域中数盏路灯的总耗电量。

　　
　　IR 解決方案

　　红外线(Infrared，IR) 是一种不可见光，因不会直接干扰人们的视觉感官，所以长久以来消费型电子产品的遥控器大多使用红外线做为控制的媒介，使用的频段约落在30KHz~60KHz。不过，随着家中电子产品种类的增加，遥控器的种类越来越多，因无法统一集中控制，反而增加了使用时的复杂度。泓格科技针对此需求，开发了数种红外线学习型遥控模块，此类型的模块可收集( 学习) 各家电子产品的红外线遥控命令，达到集中控制的需求。另一方面，模块本身具备RS-232/RS-485 界面，可连接人机界面或外部控制器，进一步达到视觉化与客制化的功能，拉近人们与机械的距离，如图14 所示。

　　
　　在台湾南部一家科技厂中，旧有的办公室因需扩建与整顿，所以保留现有的设备与线路再往外延伸。不过，客户在实际使用中出现了一个问题，因新增了多台冷气、显示器、投影机等设备，以及增加了电灯的数量( 回路不同，分区域开关)，所以控制开关也多了数个，以至于容易出现切错开关的困扰，因此客户寻求可集中管理的解决方案。对此，泓格建议客户使用TPD-433、IR-310-RM 与IR-210 等模块的搭配以进行集中管理，如图15 所示。图中主要可分为2 种控制，一种是电源的控制，另一种是遥控讯号的控制。电源的控制由IR-310-RM 负责，而遥控讯号的控制则由IR-210 负责，这两种模块都可经由RS-485 将资讯集中到TPD-433，TPD-433 再连接Ethernet 到秘书的电脑。在这样的配置中，客户可以在现场使用TPD-433 开关办公室内的设备；或是，人员都已离开办公室但电源却没有全部关闭时，秘书不需到现场，也可从电脑上得知哪些电源仍然开启中，进一步透过电脑关闭这些电源，达到节能省电之功效。

　　
　　另外，在台湾中部某区的新成屋中，客户也有类似前一案例的需求，希望可集中管理电子产品，具有智能家庭之功能。唯一不同的是，客户不需要电脑全程监控，改由手机或平板电脑透过家中的Wi-Fi AP 开关家中的电子产品。因架构类似前一案例的应用，此时只需将TPD-433 换成tGW-715 (ModBus TCP 转ModBus RTU模块)，以及开发客制化的App，即可达到客户之需求，如图16 所示。

　　
　　除了以上解决方案之外，泓格能提供更完整的无线解决方案，包括各种Converter、Repeater 及I/O 模块之需求，可依使用者应用提供更完善、更多元化或客制化的无线解决方案。

　　但受限于篇幅，无法一口气全部陈述，故详细的应用与产品介绍可到泓格M2M 之网页(http://m2m.icpdas.com/product.html) 下载相关手册及型录。另外，为了方便客户选型，列出泓格无线模块之通讯技术的比较表，如表1 所示。以及，在一些长距离通讯的应用，模块可能需要更换外接式天线或外加天线延长线，泓格也提供多种外接式天线与天线延长线方案，如表2、表3 所示。

　　表 1. 泓格无线模块组通讯技术比较表

　　
　　表2. 各种外接式天线

　　
　　外接式天线详细资讯请参考网址

　　http://www.icpdas.com/root/product/solutions/industrial_wireless_communication/wlan_products/external_antenna.html

　　
　　天线延长线请参考网址

　　http://www.icpdas.com/root/product/solutions/accessories/cable/cable_selection.html

　　最后，泓格长期致力于各项无线产品的开发，不仅仅为客户提供多种应用的解决方案，也思考着因应各种场合所需要的特殊产品或功能，持续不断的根据客户需求发展适合的产品。凭借着泓格本身厚实的无线技术及丰富的工业通讯经验，能使工业设备以多元化方式整合，未来泓格将会持续开发更多的解决方案，等着挑战您所提出各种难题。