海上自動化無線通信技術的應用

徐照榮

海上自動化無線通信技術的應用

徐照榮

東海航海保障中心上海通信中心，上海 201206

無線技術發(fā)展過程逐漸形成了網(wǎng)絡智能傳感器，為工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸、發(fā)布與信息資源共享帶來了極大便利。工業(yè)自動化領域中無線通信技術與各種智能設備、自動設備的配合應用發(fā)揮了不可替代的作用，對促進工業(yè)通信改革與創(chuàng)新也有著重要意義。

無線通信；自動化；數(shù)傳電臺

衛(wèi)星平臺全部實現(xiàn)自動化監(jiān)控，由于受自然條件的限制，無法通過有線方式傳輸生產(chǎn)資料，而是采用無線數(shù)傳電臺作為衛(wèi)星平臺和中心平臺的通信橋梁。

1 無線通信技術簡介

1.1 無線通信技術原理

無線通信方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹硎牵和ㄟ^無線方式工作的調(diào)制解調(diào)器進行工作，它不含有撥號功能，而且和它直接連接的是無線電臺[1]。無線電臺的作用相當于有線傳輸中的電話線，它是通過無線電波發(fā)送和接收信號的。無線調(diào)制解調(diào)器的作用是將二進制的信號調(diào)制成可以在無線電臺之間傳輸?shù)臒o線電波。信號轉換過程的屬性取決于調(diào)制解調(diào)器所接收到的源信號和目的信號。一般來說，調(diào)制解調(diào)器從終端或計算機以串行方式收到二進制信號后，將它們轉換成了音頻信號。然后調(diào)制解調(diào)器將這些聲音通過無線電臺傳輸出去。在接收端，另一個兼容的調(diào)制解調(diào)器將這些聲音信號轉換成了二進制信號，并把這些二進制信號發(fā)送給終端或計算機。

1.2 數(shù)傳電臺通信的特點

（1）設備具有較高的可靠性和高頻率穩(wěn)定度。電臺的傳輸誤碼率要求很低。（2）設備的抗干擾能力相對要強，散熱性要好，能夠適應在惡劣環(huán)境及電磁環(huán)境下長期工作，其工作的溫度范圍更寬。（3）工作時的守候電流應盡可能小，功耗要低，耗電要省，工作電壓范圍要寬，要有電源的逆接保護。（4）通信電臺的收發(fā)轉換時間是衡量數(shù)傳電臺品質(zhì)的重要指標，一般要求＜30?ms。同時還要求發(fā)射機的起動時間要短，一般要＜50?ms。

2 無線通信技術在自動化中應用的重要作用

近年來，我國在不斷大力發(fā)展工業(yè)產(chǎn)業(yè)，這極大地促進了經(jīng)濟的發(fā)展，但是在工業(yè)發(fā)展大步向前邁進的過程中也面臨著許多問題，例如有線通信技術在工業(yè)化實際生產(chǎn)中存在著一定的不足。這在一定程度上阻礙了自動化的進一步發(fā)展，因此大力發(fā)展無線通信技術成為了一種必然的選擇。無線通信技術在工業(yè)自動化生產(chǎn)管理中存在著一定的優(yōu)勢。

2.1節(jié)約了生產(chǎn)成本

生產(chǎn)環(huán)境復雜，涉及的大型生產(chǎn)設施較多，為有線通信設備的布線帶來了一定的難度，而無線通信技術卻不存在布線問題。另外，無線通信技術的故障查詢也比較簡單，一般只需要使用遠程診斷就可以解決，這就在一定程度上節(jié)約了工業(yè)生產(chǎn)成本。

2.2擴展性較強

對于工業(yè)生產(chǎn)來講，建立完善的通信網(wǎng)絡是十分必要的，因為它直接關系到生產(chǎn)企業(yè)的通信水平。傳統(tǒng)的有線通信技術在實際使用會遇到線路比較復雜的路段，造成布線困難，而無線通信技不需要進行復雜的布線操作，同時在遇到新增設備節(jié)點時，操作也較為簡單[2]。這些都凸顯了無線通信技術的擴展性。

2.3 抗干擾性較強

無線通信技術具有其自身的加密協(xié)議，在自動化應用中重要信息不易被竊聽。另外，一般生產(chǎn)環(huán)境較為復雜，干擾因素較多，而無線通信技術具有較強的抗干擾性，能夠更好地適應工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

3 無線通信技術在自動化中的具體應用

無線通信技術近年來在工業(yè)自動化領域的應用較為廣泛，涉及的生產(chǎn)設備類型也較多。無線通信的應用實現(xiàn)了設備之間的通信要求，同時適應生產(chǎn)環(huán)境的適應較高，改正了有線通信技術的不足。工業(yè)自動化領域所使用的無線技術類型主要有以下幾個方面：

3.1無線短程網(wǎng)

無線短程網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中主要應用于現(xiàn)場設備層，其中一個重大突破是現(xiàn)場總線和無線通信的完美結合，以下以ZigBee技術為例進行說明。ZigBee技術在自動化方面的應用中具有一定的優(yōu)勢。首先，ZigBee應用一般處于休眠狀態(tài)，其在收發(fā)信息的過程中功耗較低；其次，ZigBee的協(xié)議較為簡單，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾瘦^低，一定程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本；再次，ZigBee使用的工作頻段較多，且可以靈活改變；最后，ZigBee使用的協(xié)議采取了加密的算法，保證了安全性。ZigBee技術主要應用在傳輸速率較低的電子設備之間，其中最典型的是自動抄表系統(tǒng)。此外，ZigBee在井下無線監(jiān)控和工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的溫濕度檢測、排水檢測等方面都有獨特的應用優(yōu)勢。

3.2無線局域網(wǎng)

近年來，工業(yè)領域加大了對無線局域網(wǎng)的應用力度。無線局域網(wǎng)在實際應用中具有獨特的優(yōu)勢。首先，在數(shù)據(jù)傳輸時靈活多變，使生產(chǎn)設備的自由移動成為了可能；其次，可以實現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)設備聯(lián)網(wǎng)使用，這將大大提高工業(yè)設備的聯(lián)網(wǎng)通信能力；最后，使固定的工業(yè)設備成為了可以自由移動的無線網(wǎng)絡終端。無線局域網(wǎng)在自動組建工業(yè)自動化網(wǎng)絡方面更能夠適應工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，覆蓋的范圍更廣，大大滿足了工業(yè)設備生產(chǎn)的要求。

4 常見通信故障處理

監(jiān)控中心采集不到衛(wèi)星平臺的數(shù)據(jù)時：（1）檢查中心平臺和衛(wèi)星平臺兩部電臺電源是否正常供電，可根據(jù)電源燈指示燈進行判斷。（2）如果電源供電正常，則檢查天線饋線與天線、電臺接頭處是否松動或脫離，同時檢查電臺天線有無損壞，天線是否與通信方向對齊。根據(jù)以上判斷便可基本恢復電臺的工作，如果仍不能恢復則基本確定電臺出現(xiàn)故障。日常巡檢過程中應嚴格按照巡檢規(guī)范檢查電臺及天線情況，發(fā)現(xiàn)異常及時處理，避免失去通信。

監(jiān)控中心出現(xiàn)監(jiān)控衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，經(jīng)常中斷或誤碼率高的原因有以下方面：（1）電臺天線饋線老化、連接不牢固或天線饋線接頭處密封不嚴進水，在這樣的情況下可通過處理天線饋線改善通信質(zhì)量。（2）多個主電臺之間由于天線距離近，互相之間存在干擾，在這樣的情況下通過延長主電臺天線的距離或減少主電臺數(shù)量的辦法來改善通信質(zhì)量。（3）在電臺工作頻率附近有其他無線電設備也在工作，受外界無線干擾影響通信質(zhì)量下降，在這樣的情況下應找出并關閉干擾源。

5 發(fā)展趨勢

我國的工業(yè)正在逐步實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和管理，而自動化技術的實現(xiàn)離不開無線通信技術的支持。無線通信技術在不斷進步，同時也給各行各業(yè)的發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)。無線技術的應用大大推動了工業(yè)自動化發(fā)展的進程。未來無線通信技術發(fā)展的方向主要是實現(xiàn)通信協(xié)議的標準化，使不同廠家的設備實現(xiàn)相互操作，提高工業(yè)自動化管理的水平。另外，無線通信技術的發(fā)展是有線通信技術的一個重要補充，前者并不夠完全取代后者，因為有線通信技術有其獨特的存在優(yōu)勢，如安全性、可靠性以及穩(wěn)定性。如何實現(xiàn)有線與無線的有機結合將是未來通信的一個重要的研究方向。兩者結合使用將會大大提高工業(yè)自動化的生產(chǎn)效率，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，增強其市場競爭力。無線通信技術在工業(yè)自動化領域應用時間較短，發(fā)展速度較慢，但是其發(fā)展的空間較大，涉及的領域將會越來越廣。

在今后的工業(yè)自動化領域發(fā)展過程中，應做好無線通信技術創(chuàng)新與服務，加強現(xiàn)代化建設，最大限度發(fā)揮其功能作用，為工業(yè)自動化更好地服務。

[1]劉明輝.無線通信在變電站自動化系統(tǒng)中的應用研究[J].企業(yè)技術開發(fā)，2015，28（1）：128-129.

[2]孫曉雅，李永倩，李天.無線傳感器網(wǎng)絡在電力系統(tǒng)中的應用[J] .傳感器與微系統(tǒng)，2015，31（6）：5-7.

Application of Wireless Communication Technology in Marine Automation

Xu Zhaorong

East China Sea Nautical Support Center Shanghai Coast Radio Center, Shanghai 201206

The network intelligent sensor has been formed gradually in the development process of wireless technology, which has brought great convenience to industrial data transmission, publication and information resource sharing. In the field of industrial automation, the coordinated application of wireless communication technology and various intelligent devices and automatic devices plays an irreplaceable role, and it is also important for promoting the reform and innovation of industrial communication.

wireless communication; automation; digital radio station

TM76

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1009-6434（2017）10-0033-02