自動化集裝箱碼頭AGV無線4G-LTE雙網冗余覆蓋技術

上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

隨著自動化碼頭技術的發展，碼頭中的無線網絡由原來的承載輔助型業務，如監控、數據采集等，逐步轉向自動化設備指令發布、設備實時控制信號傳輸等關鍵性生產業務。水平運輸系統，如無人物流小車AGV、無人集卡及跨運車等，需要實現自動化，必須通過無線網絡進行通信。碼頭無線通信環境與其他工業場景相比，有覆蓋范圍廣、信號遮擋嚴重、無線干擾場景多、戶外覆蓋受氣候影響、部分碼頭具有戶外戶內場景漫游、單位面積內客戶端數量多、設備移動軌跡不規則、速度與方向不確定等特點。

早期港口無線通信系統大多采用WiFi系統，但在實際行業應用中存在諸多問題，如多用戶干擾、覆蓋低、時延高、移動性低等，并且其基于QoS設計，802.11協議沒有針對不同業務進行QoS設計，所有業務的QoS相同，無法保證工業控制、設備數據采集等關鍵生產數據的優先傳輸，關鍵生產數據要專網專用，重復建設。4G-LTE系統采用的LTE技術(Long Term Evolution，長期演進)，根據無線通信向寬帶化方向發展的趨勢，大量采用了目前移動通信領域最先進的技術和設計理念，以OFDM/MIMO作為基本技術基礎，結合多天線和快速分組調度等設計理念，形成了新的第4代(4G)移動通信系統的空中接口技術[1]。LTE移動通信系統技術的推出，能實現更高的數據速率、更短的時延、更低的成本，實現更高的系統容量以及改進覆蓋范圍[2]。基于4G-LTE系統構建無線通信網絡對于新建自動化碼頭與現有碼頭遠程化、自動化改造有著重要的意義。

2 基于4G-LTE技術的自動化碼頭雙網雙覆蓋方案

鑒于無線通信在港口水平運輸系統中存在基站故障造成重大生產影響，有必要對無線網絡覆蓋采取雙網雙覆蓋的冗余設計(見圖1)。對于A網基站與B網基站，采取物理位置交錯部署，在解決網絡冗余覆蓋的同時，也解決了單個網絡基站間漫游邊界上性能不穩定的問題。

圖1 雙網雙覆蓋系統設計

在車輛天線的部署上，遵循天線交錯形式部署，將2個網絡的6個天線分布在車體6個位置(見圖2)。如果單個網絡出現問題，可以安排第二天進行相應的維修，不會導致車輛被迫停在場地中影響正常港口投產。并且車體天線交錯布局的方式，可以很好地解決車輛由于轉向造成的對角線死角問題，提高車輛在全工況下天線接收效果。

圖2 AGV小車天線布局圖

3 無線系統預防性維護與異常排查

為進行系統預防性維護與異常排查，將單一車輛通信設備的信號強度、連接基站參數、車輛所在位置、車輛方向、載重情況進行收集，按月給出分析報表，可結合數據進行分析。

如果單一車輛網絡在同一位置、同一工況下信號異常，需要停機察看此車輛無線設備及饋線健康情況，排查單車設備故障造成的通信影響。

如果發生多輛車網絡在同一位置、同一工況下信號異常，則需要對所連接基站進行相關檢查，從而排查基站設備老化或者天線角度異常造成的通信影響。

通過大數據對比，可在單一基站或者單一車載設備的通信模塊、通信饋線、天線接收情況與天線角度進行常態化的日常評估。單一設備出現異常，在不影響正常業務的情況下將會被系統發現，并提交給維修團隊檢查維修，做到了整體系統的預防性維護與前瞻性維修，可以在重大故障發生前預留出維修窗口時間，從而提高系統的可靠性。

4 結語

隨著碼頭信息化、遠程化、自動化程度的提高，對無線通信的要求也不斷提高，以LTE為代表的移動蜂窩通信技術相比其他通信方式性能更為優異，配合雙網雙覆蓋的冗余設計，可滿足自動化碼頭的工業應用需求，提高無線系統的可靠性。