摘要：本文提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的港口門機(jī)風(fēng)速信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡(jiǎn)要介紹了針對(duì)港口集裝箱大型門座式起重機(jī)（簡(jiǎn)稱門機(jī)）掛接風(fēng)速報(bào)警儀，通過GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控的方法以及GPRS技術(shù)的基本知識(shí)，通過實(shí)際測(cè)試、應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞： GPRS；DTU；門機(jī)；風(fēng)速儀；報(bào)警數(shù)據(jù)；傳輸；

一、前言

起重機(jī)作為一種高聳結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)速的影響十分敏感。尤其是近年來，起重機(jī)數(shù)量增多，高度增加，風(fēng)致振動(dòng)影響愈來愈多，風(fēng)毀事故也時(shí)有發(fā)生。因風(fēng)速過高導(dǎo)致振動(dòng)引起箱形矩形截面拉桿斷裂或者拉桿斷裂事故，嚴(yán)重影響了港口的正常工作，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。由于門機(jī)處于碼頭前沿工作，其迎風(fēng)面積大，風(fēng)力作用中心高，重心高，極易引起風(fēng)振，造成事故。隨著國(guó)際貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱運(yùn)量激增，門機(jī)不斷朝著大型化、高效化方向發(fā)展，對(duì)風(fēng)致振動(dòng)更為敏感。因此有必要對(duì)風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)，防止出現(xiàn)上述事故發(fā)生。

原有港口門機(jī)信息采集網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較早，設(shè)備性能低、線路速度低、時(shí)延長(zhǎng)，已很難滿足風(fēng)速資料傳輸?shù)囊�求，很難滿足進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)男枨螅灰虼耍瑯?gòu)建一個(gè)更完善、更快捷、更安全的廣域網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)迫在眉睫。該廣域網(wǎng)不僅要在速度、容量上完全滿足需求；而且需要將原本松散的網(wǎng)絡(luò)從規(guī)格、管理軟件、安全防護(hù)等方面進(jìn)行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴(kuò)展性，未來可以方便地進(jìn)行升級(jí)。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。

二、GPRS網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

GPRS是目前解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，它是以數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)、覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線辦公提供了基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，為推動(dòng)移動(dòng)辦公的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費(fèi)用低、移動(dòng)辦公，不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。

GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：

1、數(shù)據(jù)傳輸速率高。每個(gè)氣象信息采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)，目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率(≥10Kbps)的需求。

2、系統(tǒng)的傳輸容量大。氣象中心站要和每一個(gè)氣象信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于氣象信息采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，�?/SPAN>GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

3、通信費(fèi)用低。采用傳統(tǒng)的有線方式建立港口門機(jī)信息采集傳輸系統(tǒng)，必須租用專線或電話線進(jìn)行連接。由于氣象信息采集點(diǎn)必須與中心隨時(shí)保持連線狀態(tài)，而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很小(在幾K至10K之間)，線路資源利用率很低，平均每一個(gè)氣象信息采集點(diǎn)每月的線路費(fèi)用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)的方式，資源利用率高，月通信費(fèi)用將在200元之內(nèi)。

4、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

三、系統(tǒng)概述

鑒于港務(wù)各部門的特殊可靠性要求，港口門機(jī)信息采集系統(tǒng)在總體建設(shè)上采用業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)分層構(gòu)建、逐層保護(hù)的指導(dǎo)原則，利用寬帶IP（動(dòng)態(tài)域名解析）＋GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通性，提供具有一定QOS的帶寬保證，所采用的設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架都具有良好可擴(kuò)展性，可以根據(jù)后續(xù)發(fā)展的需求，在不改變現(xiàn)有組網(wǎng)方案的情況下，通過增加GPRS DTU設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸功能。

港口門機(jī)信息采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用星型結(jié)構(gòu)，在省局中心、地、州、市級(jí)港務(wù)局和港口各設(shè)立核心節(jié)點(diǎn)。另外，考慮到網(wǎng)絡(luò)還可用來承載港務(wù)OA系統(tǒng)的需求，所以中心設(shè)備能很好的保障網(wǎng)絡(luò)在未來幾年的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。例如，未來到各地市的帶寬擴(kuò)展到2個(gè)2M或者更多，此時(shí)只需要通過專線升級(jí)方式即可。

各門機(jī)風(fēng)速采集點(diǎn)采用GPRS DTU設(shè)備接入，將采集到的各種數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)的送到各個(gè)數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

該方案的建設(shè)既能實(shí)現(xiàn)信息化辦公，也實(shí)現(xiàn)了安全互聯(lián)互通、指揮調(diào)度、信息共享，端到端的高可靠性設(shè)計(jì)是本方案建設(shè)的特色，具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:

1、設(shè)備級(jí)的可靠性：在設(shè)計(jì)中，通過選擇具備高可靠性設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，減少設(shè)備故障率，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。設(shè)備本身的可靠性是決定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的主要因素。特別是采集點(diǎn)的GPRS設(shè)備，更是整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的重要保障。本次選取的GPRS DTU設(shè)備具有高可靠性，通過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的EMC抗干擾測(cè)試，在設(shè)備級(jí)充分保障了網(wǎng)絡(luò)可靠性。

2、互連線路的備份設(shè)計(jì)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)間通過多條線路連接，避免單路故障，提高網(wǎng)絡(luò)路徑冗余。

四、系統(tǒng)構(gòu)建拓?fù)?/SPAN>

五、系統(tǒng)架構(gòu)

門機(jī)風(fēng)速報(bào)警儀

本儀器是根據(jù):（1）建設(shè)部《塔機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)JB9462—88》技術(shù)要求4.1.2.1條“在起重機(jī)的最大安裝高度工作時(shí)，風(fēng)速不大于20m/s。整體架設(shè)爬升或頂升操作風(fēng)速不大于13m/s。”和4.5.6條“對(duì)臂架根部全交點(diǎn)超過50m的起重機(jī)應(yīng)在頂部裝設(shè)風(fēng)速儀。”（2）旅游局對(duì)客運(yùn)架空索道安全規(guī)范有關(guān)異常氣候情況的運(yùn)營(yíng)規(guī)定“最大瞬時(shí)風(fēng)速超過15m/s時(shí)，必須停止運(yùn)營(yíng)”的規(guī)定設(shè)計(jì)制造的。

風(fēng)速報(bào)警儀由微處理器和高動(dòng)態(tài)特性的測(cè)風(fēng)傳感器組成，可觀測(cè)大氣中的瞬時(shí)風(fēng)速和以及二分鐘，十分鐘平均風(fēng)速，具有風(fēng)速報(bào)警設(shè)定和報(bào)警輸出控制功能；

采用雙屏顯示輸出，風(fēng)速顯示采用高亮LED數(shù)碼管顯示，觀察距離遠(yuǎn)，并適合于光線較暗和夜間使用，參數(shù)設(shè)定采用圖形液晶LCD顯示，人機(jī)界面友好；

自帶聲光報(bào)警器，風(fēng)速超限時(shí)報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警；

提醒操作人員注意安全；

具有RS485通訊口，可與計(jì)算機(jī)聯(lián)接通訊。

儀器采用掛壁式防水箱體，安裝方便，占用空間小，可靠性高；

儀器的特點(diǎn)是重量輕，安裝使用方便，風(fēng)速測(cè)量準(zhǔn)確，數(shù)字顯示直觀清晰, 是大中型建筑塔機(jī)、起重機(jī)械、吊籃和索道纜車等操作安全保障不可缺少的風(fēng)速檢測(cè)儀器。

技術(shù)性能指標(biāo)

• 起動(dòng)風(fēng)速：<0.4m/s
• 測(cè)量范圍：0.4～70m/s
• 分辨率：0.1m/s
• 測(cè)量精度：0.4+2%×實(shí)際風(fēng)速
• 采樣時(shí)間：3秒
• 顯示：雙屏顯示，高亮數(shù)碼管顯示風(fēng)速（m/s），液晶屏顯示菜單
• 報(bào)警方式：聲光報(bào)警
• 電源：220VAC 50Hz
• 使用環(huán)境： 主機(jī)  溫度：－10～50℃；濕度：20%～90%RH；                 探頭  溫度：－22℃～＋50℃
• 輸出容量：控制繼電器觸點(diǎn)容量5A 220VAC

風(fēng)力(風(fēng)速)等級(jí)表

GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端

本系統(tǒng)GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端采用廈門藍(lán)斯通信有限公司LZ713C GPRS DTU，通過DTU實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。DTU功能與特點(diǎn)如下：

²        使用低功耗高性能的CPU 做處理器，32位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，2MKBSRAM，4MKBFLASH

²        采用Siemens公司高性能工業(yè)級(jí)GPRS模塊Mc39i

²        內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧

²        數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線

²        透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換

²        支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)(APN)

²        支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名和IP地址訪問

²        在全透明方式下可同時(shí)向多中心發(fā)送數(shù)據(jù)

²        系統(tǒng)配置和維護(hù)接口

²        支持串口軟件升級(jí)和遠(yuǎn)程維護(hù)

²        EMC抗干擾設(shè)計(jì)，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求

²        采用先進(jìn)電源技術(shù)，供電電源適應(yīng)范圍寬

港務(wù)中心系統(tǒng)

A、操作系統(tǒng)

該系統(tǒng)的特點(diǎn)可分為兩類：實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

① 自動(dòng)收集和認(rèn)可從遠(yuǎn)程井口微型計(jì)算機(jī)傳輸來的數(shù)據(jù)，每臺(tái)門機(jī)有其自己的識(shí)別特征；

② 自動(dòng)檢查錯(cuò)誤，如果需要還可重新傳輸；

③ 在收到任何級(jí)別的警報(bào)時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行電話撥號(hào)；

④ 調(diào)制解調(diào)器電話通信處理程序通過安全密碼可進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過第二級(jí)安全密碼可得到單個(gè)港口門機(jī)資料。

（2）數(shù)據(jù)庫管理

① 風(fēng)速儀和報(bào)警數(shù)據(jù)按時(shí)間、日期和所在門機(jī)存儲(chǔ)。

② 根據(jù)報(bào)警數(shù)據(jù)的緊急程度和認(rèn)可情況排定報(bào)警數(shù)據(jù)的優(yōu)先次序。每臺(tái)門機(jī)的報(bào)警資料單獨(dú)存儲(chǔ)。

③ 存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，并使這些數(shù)據(jù)在線保留時(shí)間約1個(gè)月。

④ 計(jì)劃數(shù)據(jù)收集時(shí)間和間隔；計(jì)劃數(shù)據(jù)記錄時(shí)間和間隔；密碼賦值；設(shè)定報(bào)警優(yōu)先等級(jí)和報(bào)警記錄的電話號(hào)碼。

現(xiàn)場(chǎng)操作人員和用戶通過一系列菜單和屏幕顯示與系統(tǒng)對(duì)話。不僅能得到歷史數(shù)據(jù)，而且還可得到現(xiàn)時(shí)數(shù)據(jù)。

B、用戶網(wǎng)絡(luò)化管理

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可使現(xiàn)場(chǎng)操作人員和處于遠(yuǎn)方的技術(shù)工程師通過一系列菜單顯示得到存儲(chǔ)在港務(wù)中心的數(shù)據(jù)。

六、總結(jié)

建成后的整個(gè)港口GPRS信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通與共享，為港務(wù)信息管理體系的完善打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也將在減災(zāi)、防范、故障處理等諸多方面發(fā)揮著重要的作用。