基于5G無線通信技術(shù)的輪胎式起重機遠(yuǎn)控及自動化應(yīng)用分析

趙華 周哲斌 郭興政

上海冠東國際集裝箱碼頭有限公司 上海 200080

背景

隨著信息技術(shù)發(fā)展的日新月異，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大潮洶涌而至，全球各國都提出了工業(yè)制造的新愿景。從全球范圍來看，自動化碼頭的發(fā)展也經(jīng)歷了四個階段發(fā)展，最近一個階段以振華為代表的一系列自動化碼頭在國內(nèi)乃至國外都有了顯著的發(fā)展。進(jìn)一步確定了集裝箱裝卸開始由傳統(tǒng)的人工配合集裝箱機械的勞動密集型操作向借助新一代信息化技術(shù)實現(xiàn)的遠(yuǎn)控及自動化無人操作方向發(fā)展。也意味著傳統(tǒng)碼頭向信息化、遠(yuǎn)控化、自動化改造是一個大勢所趨。

傳統(tǒng)集裝箱碼頭在向遠(yuǎn)控化、自動化改造過程中，主要分為幾大自動化板塊：岸邊起重機遠(yuǎn)程化與自動化；堆場起重機遠(yuǎn)程化與自動化；水平運輸系統(tǒng)自動化；配套業(yè)務(wù)系統(tǒng)如閘口，理貨等自動化。本文針對堆場起重機的輪胎吊在實現(xiàn)遠(yuǎn)程化與自動化過程中使用5G作為無線通信技術(shù)的可行性進(jìn)行論述。

1 場景需求分析

國內(nèi)堆場起重機主要以輪胎式集裝箱起重機為主(以下簡稱輪胎吊)，相對于軌道式集裝箱起重機，具有部署靈活的優(yōu)勢，相對于正面吊與跨運車具有堆場利用率高的優(yōu)勢。

輪胎吊遠(yuǎn)控化，自動化改造為原有堆場帶來節(jié)能減員增效的顯著效果，而輪胎吊由于其工作方式?jīng)Q定其無法使用光纜進(jìn)行通信，目前大都以橋架漏波電纜加轉(zhuǎn)場無線方式進(jìn)行通信，對現(xiàn)場基建改造要求高，后續(xù)維護(hù)復(fù)雜，不利于推廣[1]。

2 技術(shù)方案實現(xiàn)

運用5G無線通信技術(shù)，替代原有的通信技術(shù)，實現(xiàn)輪胎吊的實時遠(yuǎn)控視頻與控制信號傳輸，同時實現(xiàn)起重機與中控的自動化指令傳輸。為保證通信不受物理遮擋，將通信CPE模塊部署于起重機小車架位置。

3 試驗結(jié)果

3.1 測試內(nèi)容：驗證被測區(qū)域的無線信號覆蓋情況

測試地點：港區(qū)內(nèi)部實際環(huán)境。

測試方法：

（1）使用路測工具拉網(wǎng)測試無線空口的覆蓋電平及信噪比；

（2）移動速度：5～30 Km/h，繞堆場所有道路，測試圈數(shù)＞=3。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：RSRP＞=-95dBm，SINR＞=3dBm，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)覆蓋率滿足100%。

測試結(jié)果：通過。

測試區(qū)域從6號堆場擴展到了7號堆場，RSRP＞=-88dBm，SINR＞=19.5dBm，擴展后的目標(biāo)區(qū)域覆蓋率達(dá)到100%。

4.9G小區(qū)覆蓋，7:3配比。使用CPE ins 2.0連接筆記本電腦，Probe路測軟件，視頻通道SIM卡，測試結(jié)果如下：

（1）RSRP均值-77.5dBm，最小值-88dBm，最大值-65.5dBm；

（2）SINR均值29.6dBm，最小值19.5dBm，最大值36.8dBm。

3.2 測試內(nèi)容：測試網(wǎng)絡(luò)的上行速率

測試地點：港區(qū)內(nèi)部實際環(huán)境。

測試方法：

（1）采用A01的路測方法；

（2）通過視頻通道，使用iperf測試上行TCP吞吐率。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：平均上行速率＞=100Mbps，最小速率＞=30Mbps

測試結(jié)果：通過。

平均上行速率=135.3Mbps，最小速率=62.3Mbps。

4.9G小區(qū)覆蓋，使用CPE ins 2.0連接筆記本電腦，Probe路測軟件記錄應(yīng)用層吞吐率，Iperf發(fā)起上行速率測試，10個TCP線程并發(fā)，服務(wù)器地址192.168.80.5，測試結(jié)果如下：

平均速率135.3Mbps，最大速率177.3Mbps，最小值速率62.3Mbps。

3.3 測試內(nèi)容：測試在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載條件下PLC通道的時延

測試地點：港區(qū)內(nèi)部實際環(huán)境。

測試方法：

（1）采用A01的路測方法；

（2）通過視頻通道使用iperf對上行進(jìn)行TCP加載，通過PLC通道ping。

（3)通過視頻通道使用iperf對下行進(jìn)行TCP加載，通過PLC通道ping。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：平均時延＜=20ms，最大時延＜=200ms。

測試結(jié)果：通過。

小區(qū)上行TCP全負(fù)荷加載，PLC平均時延9.5ms，最大時延20ms；

小區(qū)下行TCP全負(fù)荷加載，PLC平均時延8.3ms，最大時延16ms。

（1）上行加載：4.9G小區(qū)覆蓋，使用CPE ins 2.0連接筆記本電腦，視頻SIM卡，Iperf測試上行速率，10個TCP線程并發(fā)，服務(wù)器地址192.168.80.5，實測上行加載平均速率135.3Mbps。

同時使用Mate30手機，PLC SIM卡，PHU路測工具ping目標(biāo)地址192.168.80.3，ping包128字節(jié)，測試結(jié)果如下，PLC平均時延9.5ms，最大時延20ms。

圖3 6號7號堆場5G無線信號SlNR值測試情況

（2）下行加載：4.9G小區(qū)覆蓋，使用CPE ins 2.0連接筆記本電腦，視頻SIM卡，Iperf測試下行速率，10個TCP線程并發(fā)，服務(wù)器地址192.168.80.5，實測下行平均速率509Mbps。

同時使用Mate30手機，PLC SIM卡，PHU路測工具ping目標(biāo)地址192.168.80.3，ping包128字節(jié)，測試結(jié)果如下，PLC平均時延8.3ms，最大時延16ms。

圖4 6號7號堆場5G無線信號上行速率測試情況

4 結(jié)束語

5G在輪胎吊堆場自動化改造過程中，其性能基本符合起重機遠(yuǎn)控及自動化改造需求，但存在基站整體上行帶寬較小，需要起重機盡可能優(yōu)化其遠(yuǎn)控實施視頻上行帶寬在10～20Mbps范圍內(nèi)。