基于5G无线通信技术的轮胎式起重机远控及自动化应用分析

赵华 周哲斌 郭兴政

上海冠东国际集装箱码头有限公司 上海 200080

背景

随着信息技术发展的日新月异，工业互联网大潮汹涌而至，全球各国都提出了工业制造的新愿景。从全球范围来看，自动化码头的发展也经历了四个阶段发展，最近一个阶段以振华为代表的一系列自动化码头在国内乃至国外都有了显著的发展。进一步确定了集装箱装卸开始由传统的人工配合集装箱机械的劳动密集型操作向借助新一代信息化技术实现的远控及自动化无人操作方向发展。也意味着传统码头向信息化、远控化、自动化改造是一个大势所趋。

传统集装箱码头在向远控化、自动化改造过程中，主要分为几大自动化板块：岸边起重机远程化与自动化；堆场起重机远程化与自动化；水平运输系统自动化；配套业务系统如闸口，理货等自动化。本文针对堆场起重机的轮胎吊在实现远程化与自动化过程中使用5G作为无线通信技术的可行性进行论述。

1 场景需求分析

国内堆场起重机主要以轮胎式集装箱起重机为主(以下简称轮胎吊)，相对于轨道式集装箱起重机，具有部署灵活的优势，相对于正面吊与跨运车具有堆场利用率高的优势。

轮胎吊远控化，自动化改造为原有堆场带来节能减员增效的显著效果，而轮胎吊由于其工作方式决定其无法使用光缆进行通信，目前大都以桥架漏波电缆加转场无线方式进行通信，对现场基建改造要求高，后续维护复杂，不利于推广[1]。

2 技术方案实现

运用5G无线通信技术，替代原有的通信技术，实现轮胎吊的实时远控视频与控制信号传输，同时实现起重机与中控的自动化指令传输。为保证通信不受物理遮挡，将通信CPE模块部署于起重机小车架位置。

3 试验结果

3.1 测试内容：验证被测区域的无线信号覆盖情况

测试地点：港区内部实际环境。

测试方法：

（1）使用路测工具拉网测试无线空口的覆盖电平及信噪比；

（2）移动速度：5～30 Km/h，绕堆场所有道路，测试圈数＞=3。

判断标准：RSRP＞=-95dBm，SINR＞=3dBm，目标区域内覆盖率满足100%。

测试结果：通过。

测试区域从6号堆场扩展到了7号堆场，RSRP＞=-88dBm，SINR＞=19.5dBm，扩展后的目标区域覆盖率达到100%。

4.9G小区覆盖，7:3配比。使用CPE ins 2.0连接笔记本电脑，Probe路测软件，视频通道SIM卡，测试结果如下：

（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 测试内容：测试网络的上行速率

测试地点：港区内部实际环境。

测试方法：

（1）采用A01的路测方法；

（2）通过视频通道，使用iperf测试上行TCP吞吐率。

判断标准：平均上行速率＞=100Mbps，最小速率＞=30Mbps

测试结果：通过。

平均上行速率=135.3Mbps，最小速率=62.3Mbps。

4.9G小区覆盖，使用CPE ins 2.0连接笔记本电脑，Probe路测软件记录应用层吞吐率，Iperf发起上行速率测试，10个TCP线程并发，服务器地址192.168.80.5，测试结果如下：

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

3.3 测试内容：测试在网络负载条件下PLC通道的时延

测试地点：港区内部实际环境。

测试方法：

（1）采用A01的路测方法；

（2）通过视频通道使用iperf对上行进行TCP加载，通过PLC通道ping。

（3)通过视频通道使用iperf对下行进行TCP加载，通过PLC通道ping。

判断标准：平均时延＜=20ms，最大时延＜=200ms。

测试结果：通过。

小区上行TCP全负荷加载，PLC平均时延9.5ms，最大时延20ms；

小区下行TCP全负荷加载，PLC平均时延8.3ms，最大时延16ms。

（1）上行加载：4.9G小区覆盖，使用CPE ins 2.0连接笔记本电脑，视频SIM卡，Iperf测试上行速率，10个TCP线程并发，服务器地址192.168.80.5，实测上行加载平均速率135.3Mbps。

同时使用Mate30手机，PLC SIM卡，PHU路测工具ping目标地址192.168.80.3，ping包128字节，测试结果如下，PLC平均时延9.5ms，最大时延20ms。

图3 6号7号堆场5G无线信号SlNR值测试情况

（2）下行加载：4.9G小区覆盖，使用CPE ins 2.0连接笔记本电脑，视频SIM卡，Iperf测试下行速率，10个TCP线程并发，服务器地址192.168.80.5，实测下行平均速率509Mbps。

同时使用Mate30手机，PLC SIM卡，PHU路测工具ping目标地址192.168.80.3，ping包128字节，测试结果如下，PLC平均时延8.3ms，最大时延16ms。

图4 6号7号堆场5G无线信号上行速率测试情况

4 结束语

5G在轮胎吊堆场自动化改造过程中，其性能基本符合起重机远控及自动化改造需求，但存在基站整体上行带宽较小，需要起重机尽可能优化其远控实施视频上行带宽在10～20Mbps范围内。