基于5G無線通信技術的輪胎式起重機遠控及自動化應用分析

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

隨著信息技術發展的日新月異，工業互聯網大潮洶涌而至，全球各國都提出了工業制造的新愿景。從全球范圍來看，自動化碼頭的發展也經歷了四個階段發展，最近一個階段以振華為代表的一系列自動化碼頭在國內乃至國外都有了顯著的發展。進一步確定了集裝箱裝卸開始由傳統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實現的遠控及自動化無人操作方向發展。也意味著傳統碼頭向信息化、遠控化、自動化改造是一個大勢所趨。

傳統集裝箱碼頭在向遠控化、自動化改造過程中，主要分為幾大自動化板塊：岸邊起重機遠程化與自動化；堆場起重機遠程化與自動化；水平運輸系統自動化；配套業務系統如閘口，理貨等自動化。本文針對堆場起重機的輪胎吊在實現遠程化與自動化過程中使用5G作為無線通信技術的可行性進行論述。

1 場景需求分析

國內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，具有部署靈活的優勢，相對于正面吊與跨運車具有堆場利用率高的優勢。

輪胎吊遠控化，自動化改造為原有堆場帶來節能減員增效的顯著效果，而輪胎吊由于其工作方式決定其無法使用光纜進行通信，目前大都以橋架漏波電纜加轉場無線方式進行通信，對現場基建改造要求高，后續維護復雜，不利于推廣[1]。

2 技術方案實現

運用5G無線通信技術，替代原有的通信技術，實現輪胎吊的實時遠控視頻與控制信號傳輸，同時實現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 試驗結果

3.1 測試內容：驗證被測區域的無線信號覆蓋情況

測試地點：港區內部實際環境。

測試方法：

（1）使用路測工具拉網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＞=3。

判斷標準：RSRP＞=-95dBm，SINR＞=3dBm，目標區域內覆蓋率滿足100%。

測試結果：通過。

測試區域從6號堆場擴展到了7號堆場，RSRP＞=-88dBm，SINR＞=19.5dBm，擴展后的目標區域覆蓋率達到100%。

4.9G小區覆蓋，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 測試內容：測試網絡的上行速率

測試地點：港區內部實際環境。

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。

判斷標準：平均上行速率＞=100Mbps，最小速率＞=30Mbps

測試結果：通過。

平均上行速率=135.3Mbps，最小速率=62.3Mbps。

4.9G小區覆蓋，使用CPE ins 2.0連接筆記本電腦，Probe路測軟件記錄應用層吞吐率，Iperf發起上行速率測試，10個TCP線程并發，服務器地址192.168.80.5，測試結果如下：

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

3.3 測試內容：測試在網絡負載條件下PLC通道的時延

測試地點：港區內部實際環境。

測試方法：

（1）采用A01的路測方法；

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

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

判斷標準：平均時延＜=20ms，最大時延＜=200ms。

測試結果：通過。

小區上行TCP全負荷加載，PLC平均時延9.5ms，最大時延20ms；

小區下行TCP全負荷加載，PLC平均時延8.3ms，最大時延16ms。

（1）上行加載：4.9G小區覆蓋，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，服務器地址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目標地址192.168.80.3，ping包128字節，測試結果如下，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，服務器地址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目標地址192.168.80.3，ping包128字節，測試結果如下，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化其遠控實施視頻上行帶寬在10～20Mbps范圍內。