5G最典型的基础特性包括大带宽和低时延等,而港口关键性的新型业务场景正是具有以上需求,可以说港口的业务应用与5G网络的结合是恰到好处的。

中国联通经过艰苦的努力,成功将5G应用到港口的核心作业区(岸桥吊区),将毫秒级工业控制信令和并行几十路高清视频同时承载到5G网络,在实际生产环境下,实施了全球首例基于5G网络覆盖的远程吊车操作。

未来,处于高危环境下的港口,生产区无人化甚至机器替人将逐步实现,港口的业务部署将更加灵活,更多的作业模式将会出现,这背后将是5G的助力。

中国联通5G港口自动化改造和产品研发

智慧港口是当前工业互联网的一个热点。港口的关键业务需求与5G特性具有很强的匹配度。5G具有低延时、高可靠和大带宽的技术特点,而港口的远程操控、高清视频辅助控制以及复杂环境监控等场景正是具有以上需求(4G、WIFI、特定频段专网等均无法解决核心痛点)。

港口可简单细分为人工码头和自动化码头两种。其中,人工码头是一个很大的存量市场,里面的港口作业设备众多,但是自动化水平低,每一台作业设备(主要包括岸边的岸桥吊设备和堆场区的轨道吊设备)上,都需要工人现场操作(比如现场操作岸桥吊设备抓取和搬运货船上的集装箱),作业环境复杂、危险系数高,所以给港口运营方带来了巨大的人工成本和安全责任隐患。另外,人工现场操作方式会极大限制港口整体作业效率。

在当前的技术条件下,4G、WIFI、特定频段专网等已无法满足港口设备远程操控、高清视频辅助控制以及复杂环境监控等场景的需求,同时,以传统人工码头为主的众多移动场景不适合有线网络部署改造。

本项目选取青岛港自动化码头,整个项目经历了实验室测试验证、外场测试验证和实际业务割接等流程。确保5G网络可以满足关键业务指标和功能要求,并且抽象出整体业务主线,即

1)PLC控制信号双向超低延时传输,实时远程操控

2)吊车高清摄像头视频回传,辅助远程控制

3)敏感数据不出港口,本地化分流

工业PLC数据流、视频数据流、控制信息和管理信息分属不同VLAN接入吊车侧汇聚设备,通过5G工业控制网关和CPE设备,通过空口传输给5G AAU,AAU通过有线传送至BPU,BPU连接到边缘业务平台,进行业务分流。成功实现了通过无线网络抓取和运输集装箱,满足了毫秒级时延的工业控制要求以及超过三十路1080P高清摄像头的视频传输,这是全球首例基于5G网络覆盖,在实际生产环境下成功实施的远程吊车操作。

该项目成功实施之后,在业界产生了良好的反响,多家知名媒体进行报道和转发,成为智慧港口工业控制业务行业应用标杆。在实际作业情况下,已实现方案、产品的可行性、功能性验证,已输出测试报告,性能指标可满足业务需求。

该项目的成功实施代表着,

1)该项目可实现使能“机器换人”,降低人力成本,使将港口大量轮胎吊设备改造为自动化设备成为可能,港口可节约75%人力;

2)无线代替有线,解决多个痛点。取代巨型光缆转盘,大幅降低自动化改造的成本,提升灵活性和可靠性;

3)方案具备较强的可复制性和推广性。作为其智慧港口解决方案,可以迅速在全国、全球复制;

4)解决通用工业痛点,可移植性强/可以作为通用产品,移植到大量其他基于PLC控制的工业、交通等场景。

该项目方案易部署、可实施性强,能够尽量减少对现场作业的影响,实现与现场现有自动化系统的对接,可尽量避免对现网设置做调整,确保方案回退的时候不会对原有系统产生影响。5G适配网关产品尺寸、重量适中,易固定安装,环境适应性强,可控性强,可在云端实现对产品的实施管控。根据现有测试结果,产品性能稳定,可靠性强,不会对现网造成冲击影响。

依托该项目,团队研发推出一款工业级5G适配网关,它具备工业协议适配、5G流量整形和定位等功能,可配合5G网络满足港口场景甚至更多工业场景的需求。具体描述如下,

1)工业级设备,可放置室外,具备耐高温、耐低温、防尘、防雨和防雷电等特点;

2)针对时延要求苛刻的5G应用工业场景,可提供私有工业协议与5G公网协议的适配,满足远程控制类业务的需求;

3)内嵌定位模块,依托卫星+差分站定位,可实现设备实时定位和位置溯源;

4)可通过云portal,实现不同应用场景的业务配置、云端下发和状态监控;

5)通过该网关设备,可区分并实现不同业务的流量整形,配合现阶段5G空口特性,实现流量不同优先级的调度,满足不同业务的不同性能指标都能得到保障;

6)该设备未来不止应用于港口场景,可复制到有类似需求的其他工业场景(比如智慧工地、特殊作业区等)。

本次5G试点项目的成功,代表着,未来,5G可应用于占大比例的人工码头的自动化升级工作,5G在港口的应用前景将变得更加清晰;另一方面,5G核心技术在港口的应用也可以延伸至智慧工厂和智慧交通等领域,带来创新的变化。

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