自動(dòng)化集裝箱碼頭AGV無(wú)線4G-LTE雙網(wǎng)冗余覆蓋技術(shù)

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

1 引言

隨著自動(dòng)化碼頭技術(shù)的發(fā)展，碼頭中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由原來(lái)的承載輔助型業(yè)務(wù)，如監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等，逐步轉(zhuǎn)向自動(dòng)化設(shè)備指令發(fā)布、設(shè)備實(shí)時(shí)控制信號(hào)傳輸?shù)汝P(guān)鍵性生產(chǎn)業(yè)務(wù)。水平運(yùn)輸系統(tǒng)，如無(wú)人物流小車AGV、無(wú)人集卡及跨運(yùn)車等，需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，必須通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。碼頭無(wú)線通信環(huán)境與其他工業(yè)場(chǎng)景相比，有覆蓋范圍廣、信號(hào)遮擋嚴(yán)重、無(wú)線干擾場(chǎng)景多、戶外覆蓋受氣候影響、部分碼頭具有戶外戶內(nèi)場(chǎng)景漫游、單位面積內(nèi)客戶端數(shù)量多、設(shè)備移動(dòng)軌跡不規(guī)則、速度與方向不確定等特點(diǎn)。

早期港口無(wú)線通信系統(tǒng)大多采用WiFi系統(tǒng)，但在實(shí)際行業(yè)應(yīng)用中存在諸多問(wèn)題，如多用戶干擾、覆蓋低、時(shí)延高、移動(dòng)性低等，并且其基于QoS設(shè)計(jì)，802.11協(xié)議沒(méi)有針對(duì)不同業(yè)務(wù)進(jìn)行QoS設(shè)計(jì)，所有業(yè)務(wù)的QoS相同，無(wú)法保證工業(yè)控制、設(shè)備數(shù)據(jù)采集等關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸，關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)要專網(wǎng)專用，重復(fù)建設(shè)。4G-LTE系統(tǒng)采用的LTE技術(shù)(Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn))，根據(jù)無(wú)線通信向?qū)拵Щ较虬l(fā)展的趨勢(shì)，大量采用了目前移動(dòng)通信領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，以O(shè)FDM/MIMO作為基本技術(shù)基礎(chǔ)，結(jié)合多天線和快速分組調(diào)度等設(shè)計(jì)理念，形成了新的第4代(4G)移動(dòng)通信系統(tǒng)的空中接口技術(shù)[1]。LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)的推出，能實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率、更短的時(shí)延、更低的成本，實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)容量以及改進(jìn)覆蓋范圍[2]?；?G-LTE系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于新建自動(dòng)化碼頭與現(xiàn)有碼頭遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化改造有著重要的意義。

2 基于4G-LTE技術(shù)的自動(dòng)化碼頭雙網(wǎng)雙覆蓋方案

鑒于無(wú)線通信在港口水平運(yùn)輸系統(tǒng)中存在基站故障造成重大生產(chǎn)影響，有必要對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋采取雙網(wǎng)雙覆蓋的冗余設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)。對(duì)于A網(wǎng)基站與B網(wǎng)基站，采取物理位置交錯(cuò)部署，在解決網(wǎng)絡(luò)冗余覆蓋的同時(shí)，也解決了單個(gè)網(wǎng)絡(luò)基站間漫游邊界上性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。

圖1 雙網(wǎng)雙覆蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在車輛天線的部署上，遵循天線交錯(cuò)形式部署，將2個(gè)網(wǎng)絡(luò)的6個(gè)天線分布在車體6個(gè)位置(見(jiàn)圖2)。如果單個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題，可以安排第二天進(jìn)行相應(yīng)的維修，不會(huì)導(dǎo)致車輛被迫停在場(chǎng)地中影響正常港口投產(chǎn)。并且車體天線交錯(cuò)布局的方式，可以很好地解決車輛由于轉(zhuǎn)向造成的對(duì)角線死角問(wèn)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(wú)線系統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)與異常排查

為進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)防性維護(hù)與異常排查，將單一車輛通信設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度、連接基站參數(shù)、車輛所在位置、車輛方向、載重情況進(jìn)行收集，按月給出分析報(bào)表，可結(jié)合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

如果單一車輛網(wǎng)絡(luò)在同一位置、同一工況下信號(hào)異常，需要停機(jī)察看此車輛無(wú)線設(shè)備及饋線健康情況，排查單車設(shè)備故障造成的通信影響。

如果發(fā)生多輛車網(wǎng)絡(luò)在同一位置、同一工況下信號(hào)異常，則需要對(duì)所連接基站進(jìn)行相關(guān)檢查，從而排查基站設(shè)備老化或者天線角度異常造成的通信影響。

通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)比，可在單一基站或者單一車載設(shè)備的通信模塊、通信饋線、天線接收情況與天線角度進(jìn)行常態(tài)化的日常評(píng)估。單一設(shè)備出現(xiàn)異常，在不影響正常業(yè)務(wù)的情況下將會(huì)被系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，并提交給維修團(tuán)隊(duì)檢查維修，做到了整體系統(tǒng)的預(yù)防性維護(hù)與前瞻性維修，可以在重大故障發(fā)生前預(yù)留出維修窗口時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著碼頭信息化、遠(yuǎn)程化、自動(dòng)化程度的提高，對(duì)無(wú)線通信的要求也不斷提高，以LTE為代表的移動(dòng)蜂窩通信技術(shù)相比其他通信方式性能更為優(yōu)異，配合雙網(wǎng)雙覆蓋的冗余設(shè)計(jì)，可滿足自動(dòng)化碼頭的工業(yè)應(yīng)用需求，提高無(wú)線系統(tǒng)的可靠性。