漏波电缆通讯技术在自动摆渡车上的应用研究

周文锋

（广州西门子能源变压器有限公司， 广东 广州 511356）

0 引言

近年来，随着工业自动化技术的迅速发展，自动摆渡车作为一种重要的物流设备在生产线中扮演着关键的角色。特别是在变压器生产固化炉生产线中，固化炉摆渡车是该生产线上的关键设备，负责在固化炉内运输半成品，以实现生产流程的连续性。 摆渡车需要与上位机进行实时通讯，以接收控制指令并反馈运行状态。 然而，固化炉生产线内环境复杂，温度高、磁场强，对通讯技术提出了较高要求，因此，固化炉摆渡车在物料传送和转接过程中的通讯可靠性和稳定性为摆渡车设计的关键因素。

由于在变压器固化炉生产线上， 摆渡车需要在固化炉间频繁的穿梭运行已便于炉间物料的传送和转接，而分布在摆渡车周围的固化炉同时工作时， 摆渡车的工作运行将承受较高的磁场强度，传统的通讯技术，如Wi-Fi，由于受到磁场干扰和周围设备绕环， 信号容易被屏蔽等的因素的影响，通常无法满足对稳定通讯性能的要求。 因此， 为了提高摆渡车运行过程中与上位控制系统之间的通讯稳定性， 本研究提出了一种在摆渡车上应用漏波电缆的通讯解决方案。

漏波电缆通讯技术作为一种新兴的通讯手段， 具有抗磁场干扰、抗噪声干扰以及可靠性高的特点，被广泛应用于特殊环境下的通讯需求。 本研究旨在探索漏波电缆通讯技术在固化炉摆渡车上的应用， 并通过实验验证其在通讯稳定性方面的性能优势。 通过与传统的Wi-Fi 通讯技术进行对比实验， 我们将评估漏波电缆通讯技术在丢包率和通讯距离等方面的表现。

本文的研究结果对于提高变压器固化炉生产线的运行效率和质量具有重要意义， 通过应用漏波电缆通讯技术， 我们有望为固化炉摆渡车的特殊通讯需求提供一种可行且可靠的解决方案， 为工业自动化领域的发展贡献一定的理论和实践价值。

1 干式变压器固化炉生产线及摆渡车简介

变压器固化炉生产线是一种应用于干式变压器固化工艺段的关键线体， 该生产线包括干式变压器生产相关各工艺段设备，如变压器预热设备、固化设备（即固化炉）等工艺设备， 其设计和运行对于保证变压器的质量和性能至关重要。 传统变压器生产通常由人力的方式实现变压器半成品在各个工艺段间实现转接和运送， 为了提升固化炉生产线自动化水平以及降低人员的劳动强度，需要配备自动摆渡车来完成各个工艺设备间的物料传递，因此，固化炉生产线的摆渡车是整线的核心自动化设备，它在整线的中扮演着关键的角色实现物料运输， 能够自动将待预热完成的变压器从预热区域运送到固化炉，并将固化完成的变压器从固化炉运送到冷却区域。 它能够准确地遵循预定的路径和时间表， 确保物料的及时转移和连续的生产流程。 同时， 摆渡车还具备自动化控制功能， 能够根据生产线的要求自主规划物料的起始和目标路径、并实时与生产线的主控制系统进行通信，从而能够提高生产线的灵活性和可靠性，同时，由于通过摆渡车进行物料传送的作业具备更高的安全性， 全过程的物料传送只需要人员发出指令信号，而不许参与运送动作，因此能够最大程度地减少操作员的潜在事故风险。

2 基于漏波电缆的通讯解决方案

漏波电缆通讯原理：

漏波电缆是一种特殊设计的同轴电缆 （见图1），其外屏蔽层上开设有一定间距的微小孔隙， 使得信号能够沿着电缆轴向传播的同时，向外泄漏一部分电磁波，在结构设计上它是一种特殊构造的同轴电缆，由内层导体、绝缘层、外层金属屏蔽层和外壳组成。外层金属屏蔽层上刻制了微细槽， 这些槽被称为漏波槽， 当信号经电缆传输时，部分信号波会遇到漏波槽，这些槽导致信号波的一部分从电缆外壁泄漏出来，形成漏波信号，而漏波信号在电缆外壁与周围环境相互作用， 形成一种类似于无线传输的方式， 漏波信号可以通过空气或其他介质与接收器进行无线通讯。接收器或接收设备通过接收漏波信号，并进行相应的信号解析和处理，实现数据的传输和通讯功能。

图1 漏波电缆通讯技术原理

漏波电缆通讯技术具有一定的抗干扰能力和传输距离，适用于特殊环境下的通讯需求，如高磁场环境或需要长距离通讯的场景。

Wi-Fi 通讯原理：Wi-Fi 通讯利用无线电波在特定频段进行数据传输，无线接入点作为中转设备，将有线数据转换为无线信号， 无线设备通过无线适配器接收和解析无线信号。 通讯过程中， 数据被分割成数据包并经过调制、编码等处理后转换为无线信号进行传输。接收端的设备接收信号并进行解码还原数据， 其优势在于提供了便捷的无线连接。

不过， 传统的Wi-Fi 通讯技术在此类环境下容易出现信号衰减、干扰和丢包等问题，影响通讯的可靠性和实时性。为此，本文提出了一种基于漏波电缆的通讯解决方案，并通过实验验证其性能优势。

针对固化炉摆渡车的特殊应用环境， 本文提出了一种基于漏波电缆的通讯解决方案， 以漏波电缆作为通讯介质， 将固化炉自动摆渡车和上位机控制系统分别连接到漏波电缆的两端，通过漏波电缆实现通讯传输。漏波电缆的特殊设计使得信号能够沿着电缆轴向传播的同时，向外泄漏一部分电磁波， 从而实现了抗干扰能力和稳定的通讯传输。

3 实验验证

为了验证基于漏波电缆的通讯解决方案在固化炉摆渡车通讯中的性能优势，本文将漏波电缆通讯系统（包括漏波电缆、通讯模块、数据处理模块）和Wi-Fi 通讯系统（包括Wi-Fi 发射器、接收器、数据处理模块）进行了对比。选取丢包率作为对比指标，在固化炉生产线工作现场进行测试。 固化炉摆渡车在测试过程中的行走距离分别为10m、20m、30m、40m 和50m，如图2 所示。

图2 固化炉摆渡车的行走位置

启动固化炉自动摆渡车， 使自动摆渡车在固化炉生产线内沿预定轨道路径直线行走运行， 为了对比漏波电缆通讯系统和Wi-Fi 通讯系统在强磁场环境下的信号稳定性，在固化炉自动摆渡车上，通过对漏波电缆通讯系统和Wi-Fi 通讯系统传输一组相同的数据包（1000 个数据），并统计丢失的数据包数量从而计算丢包率。 为保证实验的重复性，每个位置下至少进行5 次测试。两种通讯系统下求得的丢包率对比情况如表1 所示。 从表1 中可以看出，随着固化炉自动摆渡车的行走距离的增大，两种通讯技术的丢包率也逐渐增大。 此外，在同一位置处，漏波电缆通讯系统的丢包率表现明显优于Wi-Fi 通讯系统。 实验结果表明，在周围安装固化炉的强磁场环境下，漏波电缆通讯系统的丢包率显著低于Wi-Fi 通讯系统。

表1 漏波电缆通讯系统与Wi-Fi 通讯系统在强磁场环境下的丢包率对比

4 结论

本文基于漏波电缆的通讯技术在固化炉自动摆渡车上的应用， 对固化炉摆渡车通讯过程中的丢包率进行测试和记录，并与传统的Wi-Fi 通讯技术进行对比。测试实验表明，与传统的Wi-Fi 通讯技术相比，漏波电缆通讯技术具有更低的丢包率。 漏波电缆通讯技术能够在强磁场等恶劣环境下保持通讯的稳定性和可靠性， 使用漏波电缆通讯技术的自动摆渡车在运行过程中和上位机控制系统的通讯中断现象显著降低， 摆渡车运行过程中的稳定性更好，因此，基于漏波电缆的通讯技术可作为固化炉自动摆渡车通讯的有效解决方案，为提高生产效率、降低设备故障率和稳定工作提供了有力支持和保障。