漏波電纜通訊技術(shù)在自動擺渡車上的應(yīng)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(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，自動擺渡車作為一種重要的物流設(shè)備在生產(chǎn)線中扮演著關(guān)鍵的角色。特別是在變壓器生產(chǎn)固化爐生產(chǎn)線中，固化爐擺渡車是該生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)在固化爐內(nèi)運(yùn)輸半成品，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的連續(xù)性。 擺渡車需要與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，以接收控制指令并反饋運(yùn)行狀態(tài)。 然而，固化爐生產(chǎn)線內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，溫度高、磁場強(qiáng)，對通訊技術(shù)提出了較高要求，因此，固化爐擺渡車在物料傳送和轉(zhuǎn)接過程中的通訊可靠性和穩(wěn)定性為擺渡車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。

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

漏波電纜通訊技術(shù)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于特殊環(huán)境下的通訊需求。 本研究旨在探索漏波電纜通訊技術(shù)在固化爐擺渡車上的應(yīng)用， 并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其在通訊穩(wěn)定性方面的性能優(yōu)勢。 通過與傳統(tǒng)的Wi-Fi 通訊技術(shù)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)， 我們將評估漏波電纜通訊技術(shù)在丟包率和通訊距離等方面的表現(xiàn)。

本文的研究結(jié)果對于提高變壓器固化爐生產(chǎn)線的運(yùn)行效率和質(zhì)量具有重要意義， 通過應(yīng)用漏波電纜通訊技術(shù)， 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(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)一定的理論和實(shí)踐價(jià)值。

1 干式變壓器固化爐生產(chǎn)線及擺渡車簡介

變壓器固化爐生產(chǎn)線是一種應(yīng)用于干式變壓器固化工藝段的關(guān)鍵線體， 該生產(chǎn)線包括干式變壓器生產(chǎn)相關(guān)各工藝段設(shè)備，如變壓器預(yù)熱設(shè)備、固化設(shè)備（即固化爐）等工藝設(shè)備， 其設(shè)計(jì)和運(yùn)行對于保證變壓器的質(zhì)量和性能至關(guān)重要。 傳統(tǒng)變壓器生產(chǎn)通常由人力的方式實(shí)現(xiàn)變壓器半成品在各個工藝段間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接和運(yùn)送， 為了提升固化爐生產(chǎn)線自動化水平以及降低人員的勞動強(qiáng)度，需要配備自動擺渡車來完成各個工藝設(shè)備間的物料傳遞，因此，固化爐生產(chǎn)線的擺渡車是整線的核心自動化設(shè)備，它在整線的中扮演著關(guān)鍵的角色實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸， 能夠自動將待預(yù)熱完成的變壓器從預(yù)熱區(qū)域運(yùn)送到固化爐，并將固化完成的變壓器從固化爐運(yùn)送到冷卻區(qū)域。 它能夠準(zhǔn)確地遵循預(yù)定的路徑和時(shí)間表， 確保物料的及時(shí)轉(zhuǎn)移和連續(xù)的生產(chǎn)流程。 同時(shí)， 擺渡車還具備自動化控制功能， 能夠根據(jù)生產(chǎn)線的要求自主規(guī)劃物料的起始和目標(biāo)路徑、并實(shí)時(shí)與生產(chǎn)線的主控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，從而能夠提高生產(chǎn)線的靈活性和可靠性，同時(shí)，由于通過擺渡車進(jìn)行物料傳送的作業(yè)具備更高的安全性， 全過程的物料傳送只需要人員發(fā)出指令信號，而不許參與運(yùn)送動作，因此能夠最大程度地減少操作員的潛在事故風(fēng)險(xiǎn)。

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(shè)計(jì)的同軸電纜 （見圖1），其外屏蔽層上開設(shè)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(shí)，向外泄漏一部分電磁波，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上它是一種特殊構(gòu)造的同軸電纜，由內(nèi)層導(dǎo)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(xì)槽， 這些槽被稱為漏波槽， 當(dāng)信號經(jīng)電纜傳輸時(shí)，部分信號波會遇到漏波槽，這些槽導(dǎo)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(huán)境相互作用， 形成一種類似于無線傳輸?shù)姆绞剑?漏波信號可以通過空氣或其他介質(zhì)與接收器進(jìn)行無線通訊。接收器或接收設(shè)備通過接收漏波信號，并進(jìn)行相應(yīng)的信號解析和處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和通訊功能。

圖1 漏波電纜通訊技術(shù)原理

漏波電纜通訊技術(shù)具有一定的抗干擾能力和傳輸距離，適用于特殊環(huán)境下的通訊需求，如高磁場環(huán)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無線接入點(diǎn)作為中轉(zhuǎn)設(shè)備，將有線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無線信號， 無線設(shè)備通過無線適配器接收和解析無線信號。 通訊過程中， 數(shù)據(jù)被分割成數(shù)據(jù)包并經(jīng)過調(diào)制、編碼等處理后轉(zhuǎn)換為無線信號進(jìn)行傳輸。接收端的設(shè)備接收信號并進(jìn)行解碼還原數(shù)據(jù)， 其優(yōu)勢在于提供了便捷的無線連接。

不過， 傳統(tǒng)的Wi-Fi 通訊技術(shù)在此類環(huán)境下容易出現(xiàn)信號衰減、干擾和丟包等問題，影響通訊的可靠性和實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其性能優(yōu)勢。

針對固化爐擺渡車的特殊應(yīng)用環(huán)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(zhì)， 將固化爐自動擺渡車和上位機(jī)控制系統(tǒng)分別連接到漏波電纜的兩端，通過漏波電纜實(shí)現(xiàn)通訊傳輸。漏波電纜的特殊設(shè)計(jì)使得信號能夠沿著電纜軸向傳播的同時(shí)，向外泄漏一部分電磁波， 從而實(shí)現(xiàn)了抗干擾能力和穩(wěn)定的通訊傳輸。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)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(yōu)勢，本文將漏波電纜通訊系統(tǒng)（包括漏波電纜、通訊模塊、數(shù)據(jù)處理模塊）和Wi-Fi 通訊系統(tǒng)（包括Wi-Fi 發(fā)射器、接收器、數(shù)據(jù)處理模塊）進(jìn)行了對比。選取丟包率作為對比指標(biāo)，在固化爐生產(chǎn)線工作現(xiàn)場進(jìn)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(chǎn)線內(nèi)沿預(yù)定軌道路徑直線行走運(yùn)行， 為了對比漏波電纜通訊系統(tǒng)和Wi-Fi 通訊系統(tǒng)在強(qiáng)磁場環(huán)境下的信號穩(wěn)定性，在固化爐自動擺渡車上，通過對漏波電纜通訊系統(tǒng)和Wi-Fi 通訊系統(tǒng)傳輸一組相同的數(shù)據(jù)包（1000 個數(shù)據(jù)），并統(tǒng)計(jì)丟失的數(shù)據(jù)包數(shù)量從而計(jì)算丟包率。 為保證實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，每個位置下至少進(jìn)行5 次測試。兩種通訊系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)的丟包率表現(xiàn)明顯優(yōu)于Wi-Fi 通訊系統(tǒng)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在周圍安裝固化爐的強(qiáng)磁場環(huán)境下，漏波電纜通訊系統(tǒng)的丟包率顯著低于Wi-Fi 通訊系統(tǒng)。

表1 漏波電纜通訊系統(tǒng)與Wi-Fi 通訊系統(tǒng)在強(qiáng)磁場環(huán)境下的丟包率對比

4 結(jié)論

本文基于漏波電纜的通訊技術(shù)在固化爐自動擺渡車上的應(yīng)用， 對固化爐擺渡車通訊過程中的丟包率進(jìn)行測試和記錄，并與傳統(tǒng)的Wi-Fi 通訊技術(shù)進(jìn)行對比。測試實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)的Wi-Fi 通訊技術(shù)相比，漏波電纜通訊技術(shù)具有更低的丟包率。 漏波電纜通訊技術(shù)能夠在強(qiáng)磁場等惡劣環(huán)境下保持通訊的穩(wěn)定性和可靠性， 使用漏波電纜通訊技術(shù)的自動擺渡車在運(yùn)行過程中和上位機(jī)控制系統(tǒng)的通訊中斷現(xiàn)象顯著降低， 擺渡車運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性更好，因此，基于漏波電纜的通訊技術(shù)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(chǎn)效率、降低設(shè)備故障率和穩(wěn)定工作提供了有力支持和保障。