自动化集装箱码头AGV无线4G-LTE双网冗余覆盖技术

上海振华重工(集团)股份有限公司

1 引言

随着自动化码头技术的发展，码头中的无线网络由原来的承载辅助型业务，如监控、数据采集等，逐步转向自动化设备指令发布、设备实时控制信号传输等关键性生产业务。水平运输系统，如无人物流小车AGV、无人集卡及跨运车等，需要实现自动化，必须通过无线网络进行通信。码头无线通信环境与其他工业场景相比，有覆盖范围广、信号遮挡严重、无线干扰场景多、户外覆盖受气候影响、部分码头具有户外户内场景漫游、单位面积内客户端数量多、设备移动轨迹不规则、速度与方向不确定等特点。

早期港口无线通信系统大多采用WiFi系统，但在实际行业应用中存在诸多问题，如多用户干扰、覆盖低、时延高、移动性低等，并且其基于QoS设计，802.11协议没有针对不同业务进行QoS设计，所有业务的QoS相同，无法保证工业控制、设备数据采集等关键生产数据的优先传输，关键生产数据要专网专用，重复建设。4G-LTE系统采用的LTE技术(Long Term Evolution，长期演进)，根据无线通信向宽带化方向发展的趋势，大量采用了目前移动通信领域最先进的技术和设计理念，以OFDM/MIMO作为基本技术基础，结合多天线和快速分组调度等设计理念，形成了新的第4代(4G)移动通信系统的空中接口技术[1]。LTE移动通信系统技术的推出，能实现更高的数据速率、更短的时延、更低的成本，实现更高的系统容量以及改进覆盖范围[2]。基于4G-LTE系统构建无线通信网络对于新建自动化码头与现有码头远程化、自动化改造有着重要的意义。

2 基于4G-LTE技术的自动化码头双网双覆盖方案

鉴于无线通信在港口水平运输系统中存在基站故障造成重大生产影响，有必要对无线网络覆盖采取双网双覆盖的冗余设计(见图1)。对于A网基站与B网基站，采取物理位置交错部署，在解决网络冗余覆盖的同时，也解决了单个网络基站间漫游边界上性能不稳定的问题。

图1 双网双覆盖系统设计

在车辆天线的部署上，遵循天线交错形式部署，将2个网络的6个天线分布在车体6个位置(见图2)。如果单个网络出现问题，可以安排第二天进行相应的维修，不会导致车辆被迫停在场地中影响正常港口投产。并且车体天线交错布局的方式，可以很好地解决车辆由于转向造成的对角线死角问题，提高车辆在全工况下天线接收效果。

图2 AGV小车天线布局图

3 无线系统预防性维护与异常排查

为进行系统预防性维护与异常排查，将单一车辆通信设备的信号强度、连接基站参数、车辆所在位置、车辆方向、载重情况进行收集，按月给出分析报表，可结合数据进行分析。

如果单一车辆网络在同一位置、同一工况下信号异常，需要停机察看此车辆无线设备及馈线健康情况，排查单车设备故障造成的通信影响。

如果发生多辆车网络在同一位置、同一工况下信号异常，则需要对所连接基站进行相关检查，从而排查基站设备老化或者天线角度异常造成的通信影响。

通过大数据对比，可在单一基站或者单一车载设备的通信模块、通信馈线、天线接收情况与天线角度进行常态化的日常评估。单一设备出现异常，在不影响正常业务的情况下将会被系统发现，并提交给维修团队检查维修，做到了整体系统的预防性维护与前瞻性维修，可以在重大故障发生前预留出维修窗口时间，从而提高系统的可靠性。

4 结语

随着码头信息化、远程化、自动化程度的提高，对无线通信的要求也不断提高，以LTE为代表的移动蜂窝通信技术相比其他通信方式性能更为优异，配合双网双覆盖的冗余设计，可满足自动化码头的工业应用需求，提高无线系统的可靠性。