爬壁小車與主控站通訊軟硬件結構設計

童鑫紅，林星，廖志強，陳永生，藍佳雄

(1.福建華電可門發電有限公司；2.中國華電集團公司福建分公司；3.福建華電電力工程有限公司，福建 福州 350000)

爬壁小車應用環境惡劣（封閉空間、煙塵濃度高、作業高度高等），不適合人工作業。為減少人工工作量，就需要保證小車通訊的可靠運行。爬壁小車采用以太網進行數據傳輸，數據包含視頻信號以及控制信號。以太網（千兆）能夠滿足爬壁小車數據量的交換，并且具備延時低的優點。單路通訊信號終究是存在缺陷不足，導致的通訊故障也是在所難免。為了避免通訊故障的發生，爬壁小車采用通訊冗余方案。

1 通訊方式概述

1.1 有線通訊方式-工業以太網通訊（千兆以太網）

以太網分為經典以太網以及交換式以太網兩類。經典以太網是以太網的原始形式，運行速度從3 ～10Mbps 不等，而交換式以太網，使用了一種稱為交換機的設備連接不同的計算機，可運行在100（百兆）、1000（千兆）和10000Mbps 那樣的高速率，分別以快速以太網、千兆以太網和萬兆以太網的形式呈現，交換式以太網廣泛應用在工業中。千兆以太網介質超五類雙絞線或6 類雙絞線。

雙絞類型的網線在傳輸距離上有其自身的限制，最大傳輸距離為100m（如圖1）。如果超過此距離，數據仍可進行傳輸，但是，無法保證數據傳輸的準確定實時性，并且無法通過雙絞網線的標準測試。采用光纖能夠極大地增加以太網的傳輸距離。

圖1 交換式以太網傳輸網絡

工業以太網技術在實際應用中，能夠滿足工業生產的高效性、穩定性、實時性、經濟性、智能性、擴展性等多方面的需求，可以真正延伸到實際企業生產過程中現場設備的控制層面，并結合其技術應用的特點，給予實際企業工業生產過程的全方位控制和管理，是一種非常重要的技術手段。

工業以太網具備廣泛的應用范圍、良好的應用經濟性、較高的通信速率、良好的共享能力等優勢。以太網技術本身的網絡負載方面有著顯著的優勢，這也讓整個通信過程的實時性需求得到了更好的滿足。良好的通信速率標準，可以進一步降低網絡負荷，減少網絡傳輸延時，保障工業生產的安全性與可靠性。

1.2 無線-長距離Wi-Fi（工業以太網）

長距離Wi-Fi 是一款卓越的雙向無線通信系統。基于802.11 無線通信標準，采用自身開發的LR-Wi-Fi（Long Rang Wi-Fi 遠 距 離Wi-Fi） 私 有 協 議， 具 備ML、MRC、LDPC、MIMO-OFDM 等高級無線技術。具有傳輸距離遠、可組網、抗干擾性強、超高靈敏度的特點，適用于遠距離，高速率的場合。采用3dB 天線，LR-Wi-Fi 傳輸距離極大的增加。

長距離Wi-Fi 可以實現透明傳輸，不會對通訊數據進行處理，保證數據的可靠性以及準確性。

2 方案選取

2.1 以太網方案

采用五類雙絞線或6 類雙絞線實現爬壁小車與地面主控站數據通訊，數據通訊實時性高。但是，隨著距離的增長，雙絞網線存在自身限制，數據會出現不穩定的情況，想要保證數據的高速以及準確性，需要在網絡中增加中繼（交換機），以增加信號強度。

通訊系統布置如圖2。

圖2 以太網通訊

2.2 LR-Wi-Fi 方案

LR-Wi-Fi 是基于802.11 無線通信標準的私有協議，具有傳輸距離遠、可組網、抗干擾性強、超高靈敏度、安全加密的特點，能夠實現數據的透明傳輸，不對數據進行處理。

通訊系統布置如圖3。

圖3 LR-WIFI 通訊

2.3 以太網+LR-Wi-Fi

通訊冗余配置，能夠有效地保證數據通訊的可靠性，避免由于外部環境對通訊信號產生影響。隨著工業應用的不斷深入和發展，用戶對通訊可靠性的需求越來越高。如果一個網絡設備出問題時，另一網絡設備會及時接管轉發工作，不會造成互聯網中業務中斷，提高了網絡的服務量質。

以太網通訊以雙絞線形式實現有線傳輸，LR-Wi-Fi 通訊，以其自有的通訊協議，實現數據透明傳輸。兩種通訊方式為兩套獨立的通訊方式，互不影響，軟件中調試可實現兩種通訊的無間隔切換，保證通訊的可靠有效運行。不需要人為接入。通訊系統布置如圖4。

圖4 通訊系統布置