岸边集装箱起重机小车通信系统改造

摘要：在现代化的物流过程中，集装箱起重机可以快速高效地完成各种货物的搬运和搬运工作，提高了整个企业的生产效率。岸边集装箱起重机小车通信系统是保证起重操作的安全性与精确性的关键环节。但传统的滑触线供电和电力载波通信方式在实际应用中暴露出诸多问题，极大地降低了装卸操作的有效性和安全性。为此，对岸边集装箱起重机小车通信系统的改进和更新就十分必要。

关键词：岸边集装箱；起重机小车；通信系统

作为港口装卸过程中的关键设施，小车通信系统的好坏关系到码头整体运作的有效性与安全。针对岸桥小车的传统通信系统，以电缆通信为主，存在线路复杂，维护难度大，抗干扰能力差等缺点。随着港口自动化和智能化水平的不断提高，需要更好的通信设备，而现有的通信手段已经不能适应现代化港口高效率运作的需要。

一、岸边集装箱起重机小车通信系统概述

岸边集装箱起重机小车通信系统（如图1）是保证起重机小车供电和信号传递的重要技术环节。采用滑触线供电和电力载波通信相结合的方法来进行高效地控制信号传递。滑触线向起重机输送所需的电能，而电力载波通信系统将控制信息传递给起重机，以保证起重机能够准确地行驶。

但是，传统的岸边集装箱起重机小车通信系统在实际应用中面临一些挑战。其中，电力载波通信系统的抗干扰性能比较差，极易被外部或线路中的谐波等因素影响，从而造成通信故障。另外，由于功率载波通信的传输率比较低，很难适应现代化的工业控制系统对高速数据的需求。这些问题可能引起控制电源的频繁中断，导致运行机构紧急刹车，甚至可能触发甩箱碰撞或起升钢丝绳的损坏等事故，严重威胁到装卸作业的安全性和效率。因此，对岸边集装箱起重机小车通信系统的改造显得尤为关键[1]。

图1：岸边集装箱起重机小车通信系统

二、岸边集装箱起重机小车通信系统改造需求分析

（一）功能需求

为了适应港口上各种不同的要求，对岸边集装箱起重机小车通信系统进行改造应满足多元化功能需求。为了保证起重机车与中心控制中心信息的高效准确交换，必须具有实时的信息传递功能。其中包括对小车的位置、速度和载荷状态进行监测和反馈。另外，该平台还需要具备多台起重机协作的能力，可以实现多台起重机之间的通信，防止信息的相互影响和信息的丢失。为提高作业的灵活性，本系统必须具有遥控的能力，使作业者可以在控制室内或利用手机进行遥控作业。在此基础上，还必须具有对通信线路上出现的各种异常状况进行监测、报警、迅速排除等问题的能力。最终，系统应该具有很强的可扩充能力，可以按照将来的需要进行更新或添加新的功能。

（二）性能需求

在性能上，对改造后的通信系统提出高可靠、低延迟的需求。该系统具有耐潮湿、耐盐雾、耐振动等外部影响，能在各种苛刻条件下工作，保证通信连接的连续性。为了确保起重机小车的精确操纵与高效率运行，必须对其进行实时处理。另外，该平台还需要具有较高的带宽，可以实现海量数据的同步传送（如高清视频监控和传感器数据），以适应现代港口对数据的快速处理需求。为了防止受到外界的干扰，以及其他的无线电信号，需要提高系统的抗干扰性。此外，要保证系统具备较长的使用寿命和较低的维护成本，确保在长期运行中保持高性能状态。

（三）安全需求

安全性是指岸边集装箱起重机小车通信系统对数据的保密要求很高，使用加密技术对传送中的资料进行保密，以避免资料被盗用或伪造。另外，该系统还必须具有识别的能力，保证只有被授权的员工才能使用并控制起重机小车，避免非法作业。从硬件层次上讲，通信设备必须具有防爆和防火等安全性能，以便应对各种突发事件。另外，该系统还应该具有冗余设计，当主要的通信线路发生故障时，可以及时地向备用链路进行转换，从而可以有效地防止由于通信中断而造成的安全性问题。并且，系统还应该具有完备的安全监测与日志，可以对全部的业务及通信过程进行实时的记录，方便进行追踪与分析，进而提高总体的安全性[2]。

三、岸边集装箱起重机小车通信系统改造策略

（一）通信技术选型

在岸边集装箱起重机这种复杂的工作条件下，通信技术的选取是十分重要的。一方面，选择的方法必须具有较强的抗干扰性能，以保证在复杂的 EMI条件下能够正常工作。另一方面，高传输速率对于实时数据传输至关重要，尤其是当要传送高清晰度的影像或大容量的传感器数据时。

由于Wi-Fi6具有较高的宽带、较小的时延等特点，Wi-Fi6是一种非常适合于大规模、实时的数据传输方式。5G技术由于具有超高时延、高可靠等特点，在一些要求实时性较高的应用场合尤其突出。针对远距离、低功耗的通信要求，如远距离监测、监测等，LoRa和 ZigBee技术更加适合。在工程实践中，为了达到最优的工作效果，可以采用一种方法，也可以将几种方法组合起来构成一种混合通信方式[3]。

（二）系统架构设计

在建立岸边集装箱起重机的体系结构时，应从通信技术特点、作业过程、可扩充性与可维护性等方面进行分析。一种较为完整的系统架构可以划分为三个层次：感知层、传输层和应用层。

其中，感知层位于系统最前端的位置，主要是对起重机小车的位置、负载等各种运行状态信息进行采集，这些数据是后续处理分析的基本条件。

传输层是通过选定的通信技术，将数据传输至控制中心，在传输层设计过程中，需要对通信技术的带宽延迟和可靠性进行充分考虑。

应用层处于系统的最上层，主要是对数据进行处理，分析和可视化。通过应用层使操作人员可以对起重机进行远程监控，故障诊断以及自动化控制等

传输层则通过选定的通信技术，将这些数据高效、可靠地传输至控制中心。这一层的设计需要充分考虑通信技术的带宽、延迟和可靠性等特性。

为了使系统可靠性得到有效提高，可以采用分布式架构，通过在起重机小车和控制中心之间，设置多个通信节点形成冗余备份，从而避免单点故障，导致系统瘫痪[4]。

（三）硬件设计

硬件设计由通信模块、传感器模块、控制器及电源模块组成。其中，通信模块作为系统的关键部分，需要按照所选用的通信方式来选取合适的硬件，例如5 G通信模组、Wi-Fi模组、 LoRa模组等。传感器用于采集起重机的运行数据，对起重机的位置、重量、转速等传感器进行测量。为了保证在苛刻的工作条件下仍能正常工作，控制器主要是对传感器数据进行控制。为了保证电力供应在停电时仍然能够保持良好的工作状态，在电源设计方面要兼顾电力消耗与可靠度，可以采取后备供电方式或后备供电方式。另外，为了满足港口复杂的工作条件，在设备结构上也要考虑到防水、防尘和防震等方面的问题[5]。

（四）软件设计

软件设计由数据采集、通信协议、数据处理、人机交互等组成。数据采集软件以高速、准确的方式对不同类型的传感器及控制器进行分析，并对其进行处理。要达到对实时监测的要求，要求该系统具有快速、快速、低时延等特点，以保证数据的时效性和精确性。通信协议软件担负着重要的数据传送任务，必须对以太网、无线通信等选择的通信方式进行支撑，同时保证信息的可靠与安全。为了达到这个目的，可以采用先进的加密算法和校验机制，对网络中的信息进行验证，以保证网络中信息的安全、完整。

软件设计的关键部分是数据处理软件，它承担着分析和处理收集数据的任务。利用尖端的数据分析技术，它能够执行实时监控、故障检测以及预测性维护等作用，从而为系统运作提供坚实的后盾。用户界面设计又与用户体验有很大的关联，所以必须以简单、直观的方式来进行，这样才能更好地让用户更好地了解与使用。同时，系统还应该能够提供多种终端接入方式，如 PC，平板，移动电话等，以达到无缝的跨平台体验。另外，在系统中还应该具备对数据进行可视化处理、历史数据查询以及预警等操作，使使用者可以很容易地获得需要的资料，并做出即时的响应。在软件设计过程中，还需要兼顾可扩展性和兼容性。这就要求系统的体系结构要具有灵活性和开放的特点，以方便将来对其进行更新和扩充。另外，在开发过程中，还要求软件具有很强的兼容能力，可以和其他的系统相结合，以适应更多的实际情况[6]。

结论：

改造升级岸边集装箱起重机小车的通信系统，是提高物流运输效率和保障起重作业安全的关键步骤。通过实施岸边集装箱起重机小车通信系统的升级，从而克服了原有通信不稳定，通信时延大，设备陈旧等问题。通过对现有通信技术的改进，使整个通信系统的综合性能得到明显提高。

参考文献：

[1]郑俊宏.岸边集装箱起重机小车钢丝绳张紧液压系统改造分析[J].河南科技,2021,40(31):34-36.

[2]容梓豪,陈耀进.岸边集装箱起重机液压双箱吊具通信系统优化改造[J].集装箱化,2020,31(10):27-28.

[3]沈洲.岸边集装箱起重机小车拖令系统滑触线改造[J].集装箱化,2017,28(08):22-24.

[4]许文彬.岸边集装箱起重机小车通信系统改造探索[J].科技创新与应用,2017,(05):99.

[5]甄纪军,朱健,孙谦,等.岸边集装箱起重机小车通信系统改造[J].港口科技,2015,(11):18-21.

[6]张彪.岸边集装箱起重机小车机构移动供电系统的改造[J].起重运输机械,2011,(11):62-64.