海上自动化无线通信技术的应用

徐照荣

海上自动化无线通信技术的应用

徐照荣

东海航海保障中心上海通信中心，上海 201206

无线技术发展过程逐渐形成了网络智能传感器，为工业数据传输、发布与信息资源共享带来了极大便利。工业自动化领域中无线通信技术与各种智能设备、自动设备的配合应用发挥了不可替代的作用，对促进工业通信改革与创新也有着重要意义。

无线通信；自动化；数传电台

卫星平台全部实现自动化监控，由于受自然条件的限制，无法通过有线方式传输生产资料，而是采用无线数传电台作为卫星平台和中心平台的通信桥梁。

1 无线通信技术简介

1.1 无线通信技术原理

无线通信方式数据传输的基本原理是：通过无线方式工作的调制解调器进行工作，它不含有拨号功能，而且和它直接连接的是无线电台[1]。无线电台的作用相当于有线传输中的电话线，它是通过无线电波发送和接收信号的。无线调制解调器的作用是将二进制的信号调制成可以在无线电台之间传输的无线电波。信号转换过程的属性取决于调制解调器所接收到的源信号和目的信号。一般来说，调制解调器从终端或计算机以串行方式收到二进制信号后，将它们转换成了音频信号。然后调制解调器将这些声音通过无线电台传输出去。在接收端，另一个兼容的调制解调器将这些声音信号转换成了二进制信号，并把这些二进制信号发送给终端或计算机。

1.2 数传电台通信的特点

（1）设备具有较高的可靠性和高频率稳定度。电台的传输误码率要求很低。（2）设备的抗干扰能力相对要强，散热性要好，能够适应在恶劣环境及电磁环境下长期工作，其工作的温度范围更宽。（3）工作时的守候电流应尽可能小，功耗要低，耗电要省，工作电压范围要宽，要有电源的逆接保护。（4）通信电台的收发转换时间是衡量数传电台品质的重要指标，一般要求＜30 ms。同时还要求发射机的起动时间要短，一般要＜50 ms。

2 无线通信技术在自动化中应用的重要作用

近年来，我国在不断大力发展工业产业，这极大地促进了经济的发展，但是在工业发展大步向前迈进的过程中也面临着许多问题，例如有线通信技术在工业化实际生产中存在着一定的不足。这在一定程度上阻碍了自动化的进一步发展，因此大力发展无线通信技术成为了一种必然的选择。无线通信技术在工业自动化生产管理中存在着一定的优势。

2.1节约了生产成本

生产环境复杂，涉及的大型生产设施较多，为有线通信设备的布线带来了一定的难度，而无线通信技术却不存在布线问题。另外，无线通信技术的故障查询也比较简单，一般只需要使用远程诊断就可以解决，这就在一定程度上节约了工业生产成本。

2.2扩展性较强

对于工业生产来讲，建立完善的通信网络是十分必要的，因为它直接关系到生产企业的通信水平。传统的有线通信技术在实际使用会遇到线路比较复杂的路段，造成布线困难，而无线通信技不需要进行复杂的布线操作，同时在遇到新增设备节点时，操作也较为简单[2]。这些都凸显了无线通信技术的扩展性。

2.3 抗干扰性较强

无线通信技术具有其自身的加密协议，在自动化应用中重要信息不易被窃听。另外，一般生产环境较为复杂，干扰因素较多，而无线通信技术具有较强的抗干扰性，能够更好地适应工业生产环境。

3 无线通信技术在自动化中的具体应用

无线通信技术近年来在工业自动化领域的应用较为广泛，涉及的生产设备类型也较多。无线通信的应用实现了设备之间的通信要求，同时适应生产环境的适应较高，改正了有线通信技术的不足。工业自动化领域所使用的无线技术类型主要有以下几个方面：

3.1无线短程网

无线短程网在工业生产中主要应用于现场设备层，其中一个重大突破是现场总线和无线通信的完美结合，以下以ZigBee技术为例进行说明。ZigBee技术在自动化方面的应用中具有一定的优势。首先，ZigBee应用一般处于休眠状态，其在收发信息的过程中功耗较低；其次，ZigBee的协议较为简单，数据传输的速率较低，一定程度上节约了生产成本；再次，ZigBee使用的工作频段较多，且可以灵活改变；最后，ZigBee使用的协议采取了加密的算法，保证了安全性。ZigBee技术主要应用在传输速率较低的电子设备之间，其中最典型的是自动抄表系统。此外，ZigBee在井下无线监控和工业生产环境的温湿度检测、排水检测等方面都有独特的应用优势。

3.2无线局域网

近年来，工业领域加大了对无线局域网的应用力度。无线局域网在实际应用中具有独特的优势。首先，在数据传输时灵活多变，使生产设备的自由移动成为了可能；其次，可以实现现有工业生产设备联网使用，这将大大提高工业设备的联网通信能力；最后，使固定的工业设备成为了可以自由移动的无线网络终端。无线局域网在自动组建工业自动化网络方面更能够适应工业生产环境，覆盖的范围更广，大大满足了工业设备生产的要求。

4 常见通信故障处理

监控中心采集不到卫星平台的数据时：（1）检查中心平台和卫星平台两部电台电源是否正常供电，可根据电源灯指示灯进行判断。（2）如果电源供电正常，则检查天线馈线与天线、电台接头处是否松动或脱离，同时检查电台天线有无损坏，天线是否与通信方向对齐。根据以上判断便可基本恢复电台的工作，如果仍不能恢复则基本确定电台出现故障。日常巡检过程中应严格按照巡检规范检查电台及天线情况，发现异常及时处理，避免失去通信。

监控中心出现监控卫星平台数据不稳定，经常中断或误码率高的原因有以下方面：（1）电台天线馈线老化、连接不牢固或天线馈线接头处密封不严进水，在这样的情况下可通过处理天线馈线改善通信质量。（2）多个主电台之间由于天线距离近，互相之间存在干扰，在这样的情况下通过延长主电台天线的距离或减少主电台数量的办法来改善通信质量。（3）在电台工作频率附近有其他无线电设备也在工作，受外界无线干扰影响通信质量下降，在这样的情况下应找出并关闭干扰源。

5 发展趋势

我国的工业正在逐步实现自动化生产和管理，而自动化技术的实现离不开无线通信技术的支持。无线通信技术在不断进步，同时也给各行各业的发展带来了机遇和挑战。无线技术的应用大大推动了工业自动化发展的进程。未来无线通信技术发展的方向主要是实现通信协议的标准化，使不同厂家的设备实现相互操作，提高工业自动化管理的水平。另外，无线通信技术的发展是有线通信技术的一个重要补充，前者并不够完全取代后者，因为有线通信技术有其独特的存在优势，如安全性、可靠性以及稳定性。如何实现有线与无线的有机结合将是未来通信的一个重要的研究方向。两者结合使用将会大大提高工业自动化的生产效率，提高企业的经济效益，增强其市场竞争力。无线通信技术在工业自动化领域应用时间较短，发展速度较慢，但是其发展的空间较大，涉及的领域将会越来越广。

在今后的工业自动化领域发展过程中，应做好无线通信技术创新与服务，加强现代化建设，最大限度发挥其功能作用，为工业自动化更好地服务。

[1]刘明辉.无线通信在变电站自动化系统中的应用研究[J].企业技术开发，2015，28（1）：128-129.

[2]孙晓雅，李永倩，李天.无线传感器网络在电力系统中的应用[J] .传感器与微系统，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

A

1009-6434（2017）10-0033-02