漏波電纜通訊技術在自動擺渡車上的應用研究

周文鋒

（廣州西門子能源變壓器有限公司， 廣東 廣州 511356）

0 引言

近年來，隨著工業自動化技術的迅速發展，自動擺渡車作為一種重要的物流設備在生產線中扮演著關鍵的角色。特別是在變壓器生產固化爐生產線中，固化爐擺渡車是該生產線上的關鍵設備，負責在固化爐內運輸半成品，以實現生產流程的連續性。 擺渡車需要與上位機進行實時通訊，以接收控制指令并反饋運行狀態。 然而，固化爐生產線內環境復雜，溫度高、磁場強，對通訊技術提出了較高要求，因此，固化爐擺渡車在物料傳送和轉接過程中的通訊可靠性和穩定性為擺渡車設計的關鍵因素。

由于在變壓器固化爐生產線上， 擺渡車需要在固化爐間頻繁的穿梭運行已便于爐間物料的傳送和轉接，而分布在擺渡車周圍的固化爐同時工作時， 擺渡車的工作運行將承受較高的磁場強度，傳統的通訊技術，如Wi-Fi，由于受到磁場干擾和周圍設備繞環， 信號容易被屏蔽等的因素的影響，通常無法滿足對穩定通訊性能的要求。 因此， 為了提高擺渡車運行過程中與上位控制系統之間的通訊穩定性， 本研究提出了一種在擺渡車上應用漏波電纜的通訊解決方案。

漏波電纜通訊技術作為一種新興的通訊手段， 具有抗磁場干擾、抗噪聲干擾以及可靠性高的特點，被廣泛應用于特殊環境下的通訊需求。 本研究旨在探索漏波電纜通訊技術在固化爐擺渡車上的應用， 并通過實驗驗證其在通訊穩定性方面的性能優勢。 通過與傳統的Wi-Fi 通訊技術進行對比實驗， 我們將評估漏波電纜通訊技術在丟包率和通訊距離等方面的表現。

本文的研究結果對于提高變壓器固化爐生產線的運行效率和質量具有重要意義， 通過應用漏波電纜通訊技術， 我們有望為固化爐擺渡車的特殊通訊需求提供一種可行且可靠的解決方案， 為工業自動化領域的發展貢獻一定的理論和實踐價值。

1 干式變壓器固化爐生產線及擺渡車簡介

變壓器固化爐生產線是一種應用于干式變壓器固化工藝段的關鍵線體， 該生產線包括干式變壓器生產相關各工藝段設備，如變壓器預熱設備、固化設備（即固化爐）等工藝設備， 其設計和運行對于保證變壓器的質量和性能至關重要。 傳統變壓器生產通常由人力的方式實現變壓器半成品在各個工藝段間實現轉接和運送， 為了提升固化爐生產線自動化水平以及降低人員的勞動強度，需要配備自動擺渡車來完成各個工藝設備間的物料傳遞，因此，固化爐生產線的擺渡車是整線的核心自動化設備，它在整線的中扮演著關鍵的角色實現物料運輸， 能夠自動將待預熱完成的變壓器從預熱區域運送到固化爐，并將固化完成的變壓器從固化爐運送到冷卻區域。 它能夠準確地遵循預定的路徑和時間表， 確保物料的及時轉移和連續的生產流程。 同時， 擺渡車還具備自動化控制功能， 能夠根據生產線的要求自主規劃物料的起始和目標路徑、并實時與生產線的主控制系統進行通信，從而能夠提高生產線的靈活性和可靠性，同時，由于通過擺渡車進行物料傳送的作業具備更高的安全性， 全過程的物料傳送只需要人員發出指令信號，而不許參與運送動作，因此能夠最大程度地減少操作員的潛在事故風險。

2 基于漏波電纜的通訊解決方案

漏波電纜通訊原理：

漏波電纜是一種特殊設計的同軸電纜 （見圖1），其外屏蔽層上開設有一定間距的微小孔隙， 使得信號能夠沿著電纜軸向傳播的同時，向外泄漏一部分電磁波，在結構設計上它是一種特殊構造的同軸電纜，由內層導體、絕緣層、外層金屬屏蔽層和外殼組成。外層金屬屏蔽層上刻制了微細槽， 這些槽被稱為漏波槽， 當信號經電纜傳輸時，部分信號波會遇到漏波槽，這些槽導致信號波的一部分從電纜外壁泄漏出來，形成漏波信號，而漏波信號在電纜外壁與周圍環境相互作用， 形成一種類似于無線傳輸的方式， 漏波信號可以通過空氣或其他介質與接收器進行無線通訊。接收器或接收設備通過接收漏波信號，并進行相應的信號解析和處理，實現數據的傳輸和通訊功能。

圖1 漏波電纜通訊技術原理

漏波電纜通訊技術具有一定的抗干擾能力和傳輸距離，適用于特殊環境下的通訊需求，如高磁場環境或需要長距離通訊的場景。

Wi-Fi 通訊原理：Wi-Fi 通訊利用無線電波在特定頻段進行數據傳輸，無線接入點作為中轉設備，將有線數據轉換為無線信號， 無線設備通過無線適配器接收和解析無線信號。 通訊過程中， 數據被分割成數據包并經過調制、編碼等處理后轉換為無線信號進行傳輸。接收端的設備接收信號并進行解碼還原數據， 其優勢在于提供了便捷的無線連接。

不過， 傳統的Wi-Fi 通訊技術在此類環境下容易出現信號衰減、干擾和丟包等問題，影響通訊的可靠性和實時性。為此，本文提出了一種基于漏波電纜的通訊解決方案，并通過實驗驗證其性能優勢。

針對固化爐擺渡車的特殊應用環境， 本文提出了一種基于漏波電纜的通訊解決方案， 以漏波電纜作為通訊介質， 將固化爐自動擺渡車和上位機控制系統分別連接到漏波電纜的兩端，通過漏波電纜實現通訊傳輸。漏波電纜的特殊設計使得信號能夠沿著電纜軸向傳播的同時，向外泄漏一部分電磁波， 從而實現了抗干擾能力和穩定的通訊傳輸。

3 實驗驗證

為了驗證基于漏波電纜的通訊解決方案在固化爐擺渡車通訊中的性能優勢，本文將漏波電纜通訊系統（包括漏波電纜、通訊模塊、數據處理模塊）和Wi-Fi 通訊系統（包括Wi-Fi 發射器、接收器、數據處理模塊）進行了對比。選取丟包率作為對比指標，在固化爐生產線工作現場進行測試。 固化爐擺渡車在測試過程中的行走距離分別為10m、20m、30m、40m 和50m，如圖2 所示。

圖2 固化爐擺渡車的行走位置

啟動固化爐自動擺渡車， 使自動擺渡車在固化爐生產線內沿預定軌道路徑直線行走運行， 為了對比漏波電纜通訊系統和Wi-Fi 通訊系統在強磁場環境下的信號穩定性，在固化爐自動擺渡車上，通過對漏波電纜通訊系統和Wi-Fi 通訊系統傳輸一組相同的數據包（1000 個數據），并統計丟失的數據包數量從而計算丟包率。 為保證實驗的重復性，每個位置下至少進行5 次測試。兩種通訊系統下求得的丟包率對比情況如表1 所示。 從表1 中可以看出，隨著固化爐自動擺渡車的行走距離的增大，兩種通訊技術的丟包率也逐漸增大。 此外，在同一位置處，漏波電纜通訊系統的丟包率表現明顯優于Wi-Fi 通訊系統。 實驗結果表明，在周圍安裝固化爐的強磁場環境下，漏波電纜通訊系統的丟包率顯著低于Wi-Fi 通訊系統。

表1 漏波電纜通訊系統與Wi-Fi 通訊系統在強磁場環境下的丟包率對比

4 結論

本文基于漏波電纜的通訊技術在固化爐自動擺渡車上的應用， 對固化爐擺渡車通訊過程中的丟包率進行測試和記錄，并與傳統的Wi-Fi 通訊技術進行對比。測試實驗表明，與傳統的Wi-Fi 通訊技術相比，漏波電纜通訊技術具有更低的丟包率。 漏波電纜通訊技術能夠在強磁場等惡劣環境下保持通訊的穩定性和可靠性， 使用漏波電纜通訊技術的自動擺渡車在運行過程中和上位機控制系統的通訊中斷現象顯著降低， 擺渡車運行過程中的穩定性更好，因此，基于漏波電纜的通訊技術可作為固化爐自動擺渡車通訊的有效解決方案，為提高生產效率、降低設備故障率和穩定工作提供了有力支持和保障。