爬壁小车与主控站通讯软硬件结构设计

童鑫红，林星，廖志强，陈永生，蓝佳雄

(1.福建华电可门发电有限公司；2.中国华电集团公司福建分公司；3.福建华电电力工程有限公司，福建 福州 350000)

爬壁小车应用环境恶劣（封闭空间、烟尘浓度高、作业高度高等），不适合人工作业。为减少人工工作量，就需要保证小车通讯的可靠运行。爬壁小车采用以太网进行数据传输，数据包含视频信号以及控制信号。以太网（千兆）能够满足爬壁小车数据量的交换，并且具备延时低的优点。单路通讯信号终究是存在缺陷不足，导致的通讯故障也是在所难免。为了避免通讯故障的发生，爬壁小车采用通讯冗余方案。

1 通讯方式概述

1.1 有线通讯方式-工业以太网通讯（千兆以太网）

以太网分为经典以太网以及交换式以太网两类。经典以太网是以太网的原始形式，运行速度从3 ～10Mbps 不等，而交换式以太网，使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机，可运行在100（百兆）、1000（千兆）和10000Mbps 那样的高速率，分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现，交换式以太网广泛应用在工业中。千兆以太网介质超五类双绞线或6 类双绞线。

双绞类型的网线在传输距离上有其自身的限制，最大传输距离为100m（如图1）。如果超过此距离，数据仍可进行传输，但是，无法保证数据传输的准确定实时性，并且无法通过双绞网线的标准测试。采用光纤能够极大地增加以太网的传输距离。

图1 交换式以太网传输网络

工业以太网技术在实际应用中，能够满足工业生产的高效性、稳定性、实时性、经济性、智能性、扩展性等多方面的需求，可以真正延伸到实际企业生产过程中现场设备的控制层面，并结合其技术应用的特点，给予实际企业工业生产过程的全方位控制和管理，是一种非常重要的技术手段。

工业以太网具备广泛的应用范围、良好的应用经济性、较高的通信速率、良好的共享能力等优势。以太网技术本身的网络负载方面有着显著的优势，这也让整个通信过程的实时性需求得到了更好的满足。良好的通信速率标准，可以进一步降低网络负荷，减少网络传输延时，保障工业生产的安全性与可靠性。

1.2 无线-长距离Wi-Fi（工业以太网）

长距离Wi-Fi 是一款卓越的双向无线通信系统。基于802.11 无线通信标准，采用自身开发的LR-Wi-Fi（Long Rang Wi-Fi 远 距 离Wi-Fi） 私 有 协 议， 具 备ML、MRC、LDPC、MIMO-OFDM 等高级无线技术。具有传输距离远、可组网、抗干扰性强、超高灵敏度的特点，适用于远距离，高速率的场合。采用3dB 天线，LR-Wi-Fi 传输距离极大的增加。

长距离Wi-Fi 可以实现透明传输，不会对通讯数据进行处理，保证数据的可靠性以及准确性。

2 方案选取

2.1 以太网方案

采用五类双绞线或6 类双绞线实现爬壁小车与地面主控站数据通讯，数据通讯实时性高。但是，随着距离的增长，双绞网线存在自身限制，数据会出现不稳定的情况，想要保证数据的高速以及准确性，需要在网络中增加中继（交换机），以增加信号强度。

通讯系统布置如图2。

图2 以太网通讯

2.2 LR-Wi-Fi 方案

LR-Wi-Fi 是基于802.11 无线通信标准的私有协议，具有传输距离远、可组网、抗干扰性强、超高灵敏度、安全加密的特点，能够实现数据的透明传输，不对数据进行处理。

通讯系统布置如图3。

图3 LR-WIFI 通讯

2.3 以太网+LR-Wi-Fi

通讯冗余配置，能够有效地保证数据通讯的可靠性，避免由于外部环境对通讯信号产生影响。随着工业应用的不断深入和发展，用户对通讯可靠性的需求越来越高。如果一个网络设备出问题时，另一网络设备会及时接管转发工作，不会造成互联网中业务中断，提高了网络的服务量质。

以太网通讯以双绞线形式实现有线传输，LR-Wi-Fi 通讯，以其自有的通讯协议，实现数据透明传输。两种通讯方式为两套独立的通讯方式，互不影响，软件中调试可实现两种通讯的无间隔切换，保证通讯的可靠有效运行。不需要人为接入。通讯系统布置如图4。

图4 通讯系统布置