爬壁小車與主控站通訊軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

童鑫紅，林星，廖志強(qiáng)，陳永生，藍(lán)佳雄

(1.福建華電可門發(fā)電有限公司；2.中國華電集團(tuán)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(yīng)用環(huán)境惡劣（封閉空間、煙塵濃度高、作業(yè)高度高等），不適合人工作業(yè)。為減少人工工作量，就需要保證小車通訊的可靠運(yùn)行。爬壁小車采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)包含視頻信號(hào)以及控制信號(hào)。以太網(wǎng)（千兆）能夠滿足爬壁小車數(shù)據(jù)量的交換，并且具備延時(shí)低的優(yōu)點(diǎn)。單路通訊信號(hào)終究是存在缺陷不足，導(dǎo)致的通訊故障也是在所難免。為了避免通訊故障的發(fā)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(yè)以太網(wǎng)通訊（千兆以太網(wǎng)）

以太網(wǎng)分為經(jīng)典以太網(wǎng)以及交換式以太網(wǎng)兩類。經(jīng)典以太網(wǎng)是以太網(wǎng)的原始形式，運(yùn)行速度從3 ～10Mbps 不等，而交換式以太網(wǎng)，使用了一種稱為交換機(jī)的設(shè)備連接不同的計(jì)算機(jī)，可運(yùn)行在100（百兆）、1000（千兆）和10000Mbps 那樣的高速率，分別以快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)的形式呈現(xiàn)，交換式以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)中。千兆以太網(wǎng)介質(zhì)超五類雙絞線或6 類雙絞線。

雙絞類型的網(wǎng)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(shù)據(jù)仍可進(jìn)行傳輸，但是，無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確定實(shí)時(shí)性，并且無法通過雙絞網(wǎng)線的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。采用光纖能夠極大地增加以太網(wǎng)的傳輸距離。

圖1 交換式以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)的高效性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性、智能性、擴(kuò)展性等多方面的需求，可以真正延伸到實(shí)際企業(yè)生產(chǎn)過程中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制層面，并結(jié)合其技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)，給予實(shí)際企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程的全方位控制和管理，是一種非常重要的技術(shù)手段。

工業(yè)以太網(wǎng)具備廣泛的應(yīng)用范圍、良好的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性、較高的通信速率、良好的共享能力等優(yōu)勢(shì)。以太網(wǎng)技術(shù)本身的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)，這也讓整個(gè)通信過程的實(shí)時(shí)性需求得到了更好的滿足。良好的通信速率標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)，保障工業(yè)生產(chǎn)的安全性與可靠性。

1.2 無線-長距離Wi-Fi（工業(yè)以太網(wǎng)）

長距離Wi-Fi 是一款卓越的雙向無線通信系統(tǒng)。基于802.11 無線通信標(biāo)準(zhǔn)，采用自身開發(fā)的LR-Wi-Fi（Long Rang Wi-Fi 遠(yuǎn) 距 離Wi-Fi） 私 有 協(xié) 議， 具 備ML、MRC、LDPC、MIMO-OFDM 等高級(jí)無線技術(shù)。具有傳輸距離遠(yuǎn)、可組網(wǎng)、抗干擾性強(qiáng)、超高靈敏度的特點(diǎn)，適用于遠(yuǎn)距離，高速率的場(chǎng)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(shí)現(xiàn)透明傳輸，不會(huì)對(duì)通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，保證數(shù)據(jù)的可靠性以及準(zhǔn)確性。

2 方案選取

2.1 以太網(wǎng)方案

采用五類雙絞線或6 類雙絞線實(shí)現(xiàn)爬壁小車與地面主控站數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)通訊實(shí)時(shí)性高。但是，隨著距離的增長，雙絞網(wǎng)線存在自身限制，數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，想要保證數(shù)據(jù)的高速以及準(zhǔn)確性，需要在網(wǎng)絡(luò)中增加中繼（交換機(jī)），以增加信號(hào)強(qiáng)度。

通訊系統(tǒng)布置如圖2。

圖2 以太網(wǎng)通訊

2.2 LR-Wi-Fi 方案

LR-Wi-Fi 是基于802.11 無線通信標(biāo)準(zhǔn)的私有協(xié)議，具有傳輸距離遠(yuǎn)、可組網(wǎng)、抗干擾性強(qiáng)、超高靈敏度、安全加密的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

通訊系統(tǒng)布置如圖3。

圖3 LR-WIFI 通訊

2.3 以太網(wǎng)+LR-Wi-Fi

通訊冗余配置，能夠有效地保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性，避免由于外部環(huán)境對(duì)通訊信號(hào)產(chǎn)生影響。隨著工業(yè)應(yīng)用的不斷深入和發(fā)展，用戶對(duì)通訊可靠性的需求越來越高。如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備出問題時(shí)，另一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會(huì)及時(shí)接管轉(zhuǎn)發(fā)工作，不會(huì)造成互聯(lián)網(wǎng)中業(yè)務(wù)中斷，提高了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)量質(zhì)。

以太網(wǎng)通訊以雙絞線形式實(shí)現(xiàn)有線傳輸，LR-Wi-Fi 通訊，以其自有的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸。兩種通訊方式為兩套獨(dú)立的通訊方式，互不影響，軟件中調(diào)試可實(shí)現(xiàn)兩種通訊的無間隔切換，保證通訊的可靠有效運(yùn)行。不需要人為接入。通訊系統(tǒng)布置如圖4。

圖4 通訊系統(tǒng)布置