基于5G無(wú)線通信技術(shù)的輪胎式起重機(jī)遠(yuǎn)控及自動(dòng)化應(yīng)用分析

趙華 周哲斌 郭興政

上海冠東國(guó)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(guó)都提出了工業(yè)制造的新愿景。從全球范圍來(lái)看，自動(dòng)化碼頭的發(fā)展也經(jīng)歷了四個(gè)階段發(fā)展，最近一個(gè)階段以振華為代表的一系列自動(dòng)化碼頭在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)外都有了顯著的發(fā)展。進(jìn)一步確定了集裝箱裝卸開(kāi)始由傳統(tǒng)的人工配合集裝箱機(jī)械的勞動(dòng)密集型操作向借助新一代信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)控及自動(dòng)化無(wú)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(dòng)化改造是一個(gè)大勢(shì)所趨。

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

1 場(chǎng)景需求分析

國(guó)內(nèi)堆場(chǎng)起重機(jī)主要以輪胎式集裝箱起重機(jī)為主(以下簡(jiǎn)稱輪胎吊)，相對(duì)于軌道式集裝箱起重機(jī)，具有部署靈活的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于正面吊與跨運(yùn)車具有堆場(chǎng)利用率高的優(yōu)勢(shì)。

輪胎吊遠(yuǎn)控化，自動(dòng)化改造為原有堆場(chǎng)帶來(lái)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(wú)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(chǎng)無(wú)線方式進(jìn)行通信，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)

運(yùn)用5G無(wú)線通信技術(shù)，替代原有的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輪胎吊的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)控視頻與控制信號(hào)傳輸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)與中控的自動(dòng)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(jī)小車架位置。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 測(cè)試內(nèi)容：驗(yàn)證被測(cè)區(qū)域的無(wú)線信號(hào)覆蓋情況

測(cè)試地點(diǎn)：港區(qū)內(nèi)部實(shí)際環(huán)境。

測(cè)試方法：

（1）使用路測(cè)工具拉網(wǎng)測(cè)試無(wú)線空口的覆蓋電平及信噪比；

（2）移動(dòng)速度：5～30 Km/h，繞堆場(chǎng)所有道路，測(cè)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(cè)試結(jié)果：通過(guò)。

測(cè)試區(qū)域從6號(hào)堆場(chǎng)擴(kuò)展到了7號(hào)堆場(chǎng)，RSRP＞=-88dBm，SINR＞=19.5dBm，擴(kuò)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(cè)軟件，視頻通道SIM卡，測(cè)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(cè)試內(nèi)容：測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的上行速率

測(cè)試地點(diǎn)：港區(qū)內(nèi)部實(shí)際環(huán)境。

測(cè)試方法：

（1）采用A01的路測(cè)方法；

（2）通過(guò)視頻通道，使用iperf測(cè)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(cè)試結(jié)果：通過(guò)。

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(cè)軟件記錄應(yīng)用層吞吐率，Iperf發(fā)起上行速率測(cè)試，10個(gè)TCP線程并發(fā)，服務(wù)器地址192.168.80.5，測(cè)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(cè)試內(nèi)容：測(cè)試在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載條件下PLC通道的時(shí)延

測(cè)試地點(diǎn)：港區(qū)內(nèi)部實(shí)際環(huán)境。

測(cè)試方法：

（1）采用A01的路測(cè)方法；

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

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

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

測(cè)試結(jié)果：通過(guò)。

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

小區(qū)下行TCP全負(fù)荷加載，PLC平均時(shí)延8.3ms，最大時(shí)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(cè)試上行速率，10個(gè)TCP線程并發(fā)，服務(wù)器地址192.168.80.5，實(shí)測(cè)上行加載平均速率135.3Mbps。

同時(shí)使用Mate30手機(jī)，PLC SIM卡，PHU路測(cè)工具ping目標(biāo)地址192.168.80.3，ping包128字節(jié)，測(cè)試結(jié)果如下，PLC平均時(shí)延9.5ms，最大時(shí)延20ms。

圖3 6號(hào)7號(hào)堆場(chǎng)5G無(wú)線信號(hào)SlNR值測(cè)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(cè)試下行速率，10個(gè)TCP線程并發(fā)，服務(wù)器地址192.168.80.5，實(shí)測(cè)下行平均速率509Mbps。

同時(shí)使用Mate30手機(jī)，PLC SIM卡，PHU路測(cè)工具ping目標(biāo)地址192.168.80.3，ping包128字節(jié)，測(cè)試結(jié)果如下，PLC平均時(shí)延8.3ms，最大時(shí)延16ms。

圖4 6號(hào)7號(hào)堆場(chǎng)5G無(wú)線信號(hào)上行速率測(cè)試情況

4 結(jié)束語(yǔ)

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