俞曉誠

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

在5G移動通信技術(shù)的支持下，岸橋電氣管理水平不斷提高，通過有效地進行遠程平臺設(shè)計，不僅能提高岸橋設(shè)備運行管理水平，還有利于保證設(shè)備運行安全。因此，相關(guān)技術(shù)人員要加強對于5G移動通信技術(shù)的運用與設(shè)計研究能力，從而保證岸橋電氣遠程調(diào)試水平不斷提高。

1 平臺設(shè)計

1.1 概要設(shè)計

岸橋遠程調(diào)試平臺主要由硬件、軟件和5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其中，硬件主要是由岸橋數(shù)據(jù)采集、控制室內(nèi)數(shù)據(jù)處理和輸出等方面的設(shè)備構(gòu)成；軟件主要為模塊化設(shè)計，依據(jù)相應(yīng)功能完成編程；網(wǎng)絡(luò)是基于5G運營商，結(jié)合宏基站全面滿足當(dāng)前高寬帶和傳輸速率的基本需求[1]。

1.2 硬件架構(gòu)

1.2.1 岸橋端硬件設(shè)備

岸橋方面的設(shè)備主要由高清攝像機、單兵設(shè)備、成套機柜及用戶終端設(shè)備等組成。高清攝像機傾向于選擇行業(yè)龍頭企業(yè)生產(chǎn)的DH-IPC產(chǎn)品。攝像機可分別在電氣房和機器房等環(huán)境配置，可從不同方面對作業(yè)環(huán)境進行全天候監(jiān)控。如果發(fā)現(xiàn)安全隱患，則及時向工程師發(fā)出警示，使其停止作業(yè)開展調(diào)試。單兵設(shè)備主要分為頭盔和眼鏡兩種類型，體積相對較小，操作靈活，這也是單兵設(shè)備的重要優(yōu)勢。單兵設(shè)備（圖1）可將畫面即時傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)，同時還具有定位功能，能夠準(zhǔn)確鎖定人員的具體位置。

圖1 移動單兵設(shè)備

5GCPE傾向于使用華為的H112-372產(chǎn)品，主要可發(fā)揮該類產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)方面的優(yōu)勢，在最短的時間內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨稑蚨?。具體設(shè)備如圖2所示。

圖2 5GCPE設(shè)備

成套機柜主要選擇6U類型的產(chǎn)品，其中包括寬度較大的頻率和電源、硬盤錄像機及相關(guān)附件產(chǎn)品。寬電壓電源可選擇AN97H類型的變頻電源，電壓和頻率使用不兼容的類型。交換機使用8口POE的RG-S1920類型產(chǎn)品，以此連接攝像機等設(shè)備。硬盤錄像機主要選擇DH-NVR4208系列產(chǎn)品，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)將視頻保存3個月的目標(biāo)[2]。

1.2.2 中心控制室

該區(qū)域主要由工作和休息兩部分區(qū)域構(gòu)成。其中，工作區(qū)域內(nèi)需配置機柜、電腦和電源柜等設(shè)施；休息區(qū)域內(nèi)可配置沙發(fā)等硬件，以便工作人員在工作之余能夠放松身心。中控室的具體布局如圖3所示。

圖3 中控室布局

大屏可由幾塊55寸屏幕集合而成，以此總體呈現(xiàn)不同的圖像。電源柜可為整個控制室的設(shè)備持續(xù)提供電能，同時還需配置防雷裝置，以此保障控制室內(nèi)設(shè)備的正常運行。成套機柜主要使用的是42U類型機柜，其中配置錄像機、軟件服務(wù)器、POE交換機等設(shè)備。視頻解碼設(shè)備主要將視頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像，以此輔助工程師基于后臺掌握岸橋的總體情況。

平臺整體硬件架構(gòu)如圖4所示。

圖4 平臺整體硬件架構(gòu)

1.3 軟件架構(gòu)

岸橋調(diào)試系統(tǒng)可使用服務(wù)器和客戶機的模式，通過客戶機連接服務(wù)器設(shè)備，同時還可向用戶端提供反饋。操作系統(tǒng)主要由操作界面、遠程接入、物資和門禁管理等模塊構(gòu)成。軟件系統(tǒng)由雙語切換界面組成，這樣可完全滿足不同國家工程師的應(yīng)用需求[3]。軟件操作界面具體如圖5所示。

圖5 軟件操作系統(tǒng)界面截圖

1.4 岸橋電氣遠程控制系統(tǒng)終端節(jié)點設(shè)計

岸橋控制系統(tǒng)的終端是整個電氣控制系統(tǒng)的重要內(nèi)容，能夠全面搜集和處理指令及視頻信息，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換平臺將數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸?shù)浇K端節(jié)點，構(gòu)成要素主要有控制單元、數(shù)字量和模擬量傳輸、通信等。

其中，控制單元的核心器件為性能較高的核心板，其運用的系統(tǒng)為Linux，控制單元將其作為主要的控制設(shè)備，以此通過終端實現(xiàn)對不同單元的全面控制?？刂茊卧膬?yōu)勢在于對終端的邏輯進行控制，綜合處理通信單元和不同的數(shù)據(jù)信息[4]。

將CAN信號、模擬量等傳輸單元當(dāng)作物理接口接入對應(yīng)傳輸接口和電氣的物理接口，主要負責(zé)匯集由下級設(shè)備提供的不同數(shù)字和模擬信號以及串口和CAN數(shù)據(jù)信息，并將遠端數(shù)據(jù)反饋到下級設(shè)備端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的順暢傳輸。

通信單元主要由具有一定通信功能的路由器作為主體，結(jié)合具體情況和需求選擇適合的網(wǎng)絡(luò)，如Wi-Fi或移動網(wǎng)絡(luò)，將其配置在攝像機的通信單元網(wǎng)口，這樣就可將設(shè)備端的圖像發(fā)送到操作端。電源單元主要包括外部電力和應(yīng)急電力設(shè)備，這樣可全面保障各終端均能夠順利運行，從而提供持續(xù)的電力支持。

1.5 岸橋電氣遠程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)平臺設(shè)計

岸橋控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸平臺是整個系統(tǒng)的核心要素，實現(xiàn)對設(shè)備、業(yè)務(wù)的系統(tǒng)管理，同時對設(shè)備端的數(shù)據(jù)實現(xiàn)端對端的處理，MEC能夠處理通信延時等方面的問題，提高操作反應(yīng)效率。

1.5.1 設(shè)備管理平臺

設(shè)備管理平臺可實現(xiàn)對所有接入設(shè)備的全面管理，主要包括對接入設(shè)備運行狀態(tài)、日志、命令收發(fā)等情況的查詢。

設(shè)備接入模塊的功能主要體現(xiàn)在可查看設(shè)備管理平臺上的各類信息內(nèi)容，如在線狀態(tài)、配對及設(shè)備位置等信息。管理平臺的命令處理模塊能夠?qū)⑵脚_下發(fā)的操作指令發(fā)送到設(shè)備終端，以此實現(xiàn)對設(shè)備命令的信息反饋。

日志查詢是對設(shè)備和平臺交互操作的各類信息進行細致記錄的功能，同時還可為運維和研發(fā)人員提供信息參考，便于查詢。

1.5.2 數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)平臺

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)平臺是云端功能的核心部分，也是實現(xiàn)不同終端信息轉(zhuǎn)發(fā)的基本功能類型，其具有設(shè)備監(jiān)控、數(shù)據(jù)監(jiān)測、轉(zhuǎn)發(fā)和對系統(tǒng)進行管理等多項功能。

其中，設(shè)備監(jiān)控模塊是設(shè)備管理平臺針對所有接入設(shè)備的運行狀況和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進行全面監(jiān)控的模塊類型，通過對數(shù)據(jù)的科學(xué)分析判斷設(shè)備的運行狀態(tài)，從而及時排查設(shè)備的故障信息，以此保障設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

基礎(chǔ)管理模塊具有管理和配置接入設(shè)備的功能，可基于管理平臺發(fā)出的指令對設(shè)備配置進行操作，從而保障設(shè)備運行的精準(zhǔn)性。

數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊是針對全部接入設(shè)備運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸進行管理的模塊，具有查詢數(shù)據(jù)流量、網(wǎng)絡(luò)延遲和抖動情況等功能。

轉(zhuǎn)發(fā)模塊可對設(shè)備進行針對性操作，保障終端和操作端實現(xiàn)對應(yīng)，二者可相互傳輸操作指令和數(shù)據(jù)信息，保證指令下發(fā)的正確性和數(shù)據(jù)反饋的及時性。操作端可在最短時間內(nèi)獲得反饋信息，從而嚴格按照指令完成操作。

系統(tǒng)管理模塊也可對用戶實現(xiàn)信息交互，主要包括對賬號功能的管理、授權(quán)和報警等，全面體現(xiàn)出其應(yīng)用功能和價值。

2 5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

平臺使用的5G網(wǎng)絡(luò)并不是基于獨立網(wǎng)絡(luò)運行的，而是運用IPSec VPN手段在岸橋側(cè)面和中控之間設(shè)置專線，具體的框架示意圖如圖6所示。

圖6 平臺網(wǎng)絡(luò)框架

5G網(wǎng)絡(luò)的模式主要為NSA。該類模式是基于以往的4G技術(shù)，安裝5G基站，在嚴格控制項目成本的基礎(chǔ)上全面滿足設(shè)備調(diào)試和數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾矫娴墓δ苄枨?。但該模式也會在一定程度上受?G網(wǎng)絡(luò)的限制，難以全面展現(xiàn)出5G網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸速度方面的優(yōu)勢。通過研究可知，NSA模式雖然難以全面發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)的所有功能，但能在一定程度上滿足項目的需求。IPSec VPN是利用IPSec協(xié)議接入VPN技術(shù)，基于公網(wǎng)平臺為私有網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定的通信渠道。通過該渠道，可運用加密手段實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的安全傳輸，為數(shù)據(jù)提供封包服務(wù)內(nèi)容。該類同時提供VPN和加密技術(shù)的方法能夠處理平臺不同終端信息傳輸方面的問題，以此提高數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全系數(shù)。

岸橋遠程控制系統(tǒng)可通過5G等技術(shù)手段和網(wǎng)絡(luò)平臺，將控制室內(nèi)終端搜集到的技術(shù)人員操作的CAN、模擬量等數(shù)據(jù)，通過MEC數(shù)據(jù)傳輸平臺和5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到電氣控制設(shè)備上，以此實現(xiàn)對操作端對端的傳輸，將現(xiàn)場信號和電氣傳送回來的信號進行集中控制，保障終端接收信號信息的及時性。

岸橋電子控制系統(tǒng)主要由操作節(jié)點、中轉(zhuǎn)平臺和電氣控制節(jié)點幾部分構(gòu)成。其中，遠程控制節(jié)點和岸橋節(jié)點可運用同類型的終端完成控制。該終端的組成部分主要由控制單元、數(shù)字量、串口傳輸和電源等不同單元構(gòu)成。遠程控制節(jié)點的終端和座椅能夠與系統(tǒng)建立連接，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸，并將反饋的視頻信息發(fā)送到系統(tǒng)中，通過電子屏顯示。岸橋控制節(jié)點的終端設(shè)備與岸橋電氣連接，負責(zé)遠端操作發(fā)送信號，并將岸橋的CAN信號傳送回來。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)與MEC服務(wù)器連接，實現(xiàn)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，主要包括控制和視頻數(shù)據(jù)，同時對配對終端設(shè)備進行全面管理[5]。

遠程操作節(jié)點等可通過對單元的控制完成操作內(nèi)容。遠程操作節(jié)點能基于數(shù)字量等單元傳輸完成操作，將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)終端。岸橋控制節(jié)點也基于傳輸單元對CAN數(shù)據(jù)進行傳輸。最終利用通信模塊和5G網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到數(shù)據(jù)終端，實現(xiàn)端對端的信息傳輸。電源模塊是保證所有設(shè)備順利運行的動力，同時配置備用電源，以便及時處理突發(fā)斷電等情況，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，實現(xiàn)設(shè)備的順暢運行。

3 安裝和使用效果

3.1 硬件設(shè)備安裝

如圖7所示，成套機柜由精密元件組成，是核心設(shè)備的重要部分，通常會放到較為安全的電氣機房中。攝像機帶有防墜繩，主要安裝在主梁的槽鋼上，機房攝像機如圖8所示，電氣房攝像機如圖9所示。5GCPE要在靠近機房的地方安裝，這樣不僅能保證設(shè)備的穩(wěn)定性，還有利于相關(guān)設(shè)備接收5G網(wǎng)絡(luò)。

圖7 成套機柜

圖8 機房攝像機

圖9 電氣房攝像機

3.2 平臺應(yīng)用

平臺在應(yīng)用過程中要進行有效測試，同時結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)項目開展綜合運用。遠程調(diào)試過程要結(jié)合具體調(diào)試方式，將陣地轉(zhuǎn)移到室內(nèi)。同時，平臺應(yīng)用過程也可根據(jù)質(zhì)檢人員工作實際，借助單兵設(shè)備進行功能試驗，從而保證岸橋調(diào)試工作全面開展[6]。

4 網(wǎng)絡(luò)信號測試

網(wǎng)絡(luò)信號測試要以傳輸效率為根本，使5G網(wǎng)絡(luò)能夠滿足岸橋設(shè)備調(diào)試要求。具體測試階段要結(jié)合實際位置，開展整體網(wǎng)絡(luò)信號測試，保證生產(chǎn)區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)信號的全覆蓋。通過進一步測試能夠得到具體的結(jié)果，從而分析5G網(wǎng)絡(luò)是否滿足使用需求，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時進行優(yōu)化設(shè)計，提高調(diào)試平臺設(shè)計水平。

5 結(jié)語

總之，隨著新時期技術(shù)的不斷發(fā)展，5G移動通信技術(shù)在岸橋電氣中的運用實現(xiàn)了平臺的有效建設(shè)，提高了遠程監(jiān)控水平?；诖?，為全面提高岸橋電氣遠程調(diào)試水平，需要深入開展實踐分析，并結(jié)合具體工作實際，不斷創(chuàng)新設(shè)計方案，提高調(diào)試效率。