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摘要：本文提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的港口門(mén)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(mén)座式起重機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)門(mén)機(jī)）掛接風(fēng)速報(bào)警儀，通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控的方法以及GPRS技術(shù)的基本知識(shí)，通過(guò)實(shí)際測(cè)試、應(yīng)用，獲得了理想的效果。
關(guān)鍵詞： GPRS；DTU；門(mén)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(lái)，起重機(jī)數(shù)量增多，高度增加，風(fēng)致振動(dòng)影響愈來(lái)愈多，風(fēng)毀事故也時(shí)有發(fā)生。因風(fēng)速過(guò)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(mén)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(mén)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(mén)機(jī)信息采集網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較早，設(shè)備性能低、線(xiàn)路速度低、時(shí)延長(zhǎng)，已很難滿(mǎn)足風(fēng)速資料傳輸?shù)囊螅茈y滿(mǎn)足進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)男枨�；因此，�?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(mǎn)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(lái)可以方便地進(jìn)行升級(jí)。而以上的這些不足都可以通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)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(hù)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(hù)開(kāi)展無(wú)線(xiàn)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(mǎn)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(mǎn)足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/SPAN>GPRS技術(shù)能很好地滿(mǎn)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(xiàn)方式建立港口門(mén)機(jī)信息采集傳輸系統(tǒng)，必須租用專(zhuān)線(xiàn)或電話(huà)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，可很好的滿(mǎn)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(mén)的特殊可靠性要求，港口門(mén)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(wú)線(xiàn)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(guò)增加GPRS DTU設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。
港口門(mén)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(lái)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(lái)幾年的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。例如，未來(lái)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(guò)專(zhuān)線(xiàn)升級(jí)方式即可。
各門(mén)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(guò)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(guò)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(guò)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(xiàn)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(guò)多條線(xiàn)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(mén)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(guò)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(guò)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(xiàn)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(chē)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
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等級(jí) |
名稱(chēng) |
陸地上地物特征 |
風(fēng)速(米/秒) |
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0 |
無(wú)風(fēng) |
靜煙直上。 |
0.0—0.2 |
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1 |
軟風(fēng) |
煙能表示風(fēng)向,樹(shù)葉略有搖動(dòng)。 |
0.3—1.5 |
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2 |
輕風(fēng) |
人面感覺(jué)有風(fēng),樹(shù)葉有微響,旗子開(kāi)始飄動(dòng),高的草開(kāi)始搖動(dòng)。 |
1.6—3.3 |
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3 |
微風(fēng) |
樹(shù)葉及小枝搖動(dòng)不息，旗子展開(kāi)，高的草搖動(dòng)不息。 |
3.4—5.4 |
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4 |
和風(fēng) |
能吹起地面灰塵和紙張,樹(shù)枝動(dòng)搖，高的草呈波浪起伏。 |
5.5—7.9 |
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5 |
清勁風(fēng) |
有葉的小樹(shù)搖擺，內(nèi)陸的水面有小波，高的草波浪起伏明顯。 |
8.0—10.7 |
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6 |
強(qiáng)風(fēng) |
大樹(shù)枝搖動(dòng)，電線(xiàn)呼呼有聲，撐傘困難，高的草不時(shí)傾伏于地。 |
10.8—13.8 |
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7 |
疾風(fēng) |
全樹(shù)搖動(dòng)，大樹(shù)枝彎下來(lái)，迎風(fēng)步行感覺(jué)不便。 |
13.9—17.1 |
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8 |
大風(fēng) |
可折毀小樹(shù)枝，人迎風(fēng)前行感覺(jué)阻力很大。 |
17.2—20.7 |
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9 |
烈風(fēng) |
草房遭受破壞，屋瓦被掀起，大樹(shù)枝可折斷。 |
20.8—24.4 |
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10 |
狂風(fēng) |
樹(shù)木可被吹倒，一般建筑物遭破壞。 |
24.5—28.4 |
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11 |
暴風(fēng) |
大樹(shù)可被吹倒，一般建筑物遭嚴(yán)重破壞。 |
28.5—32.6 |
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12 |
颶風(fēng) |
陸上少見(jiàn)，其摧毀力極大。 |
>32.6 |
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(mén)藍(lán)斯通信有限公司LZ713C GPRS DTU，通過(guò)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(xiàn)，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(xiàn)
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(zhuān)用網(wǎng)(APN)
² 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名和IP地址訪(fǎng)問(wèn)
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(lèi)：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(lái)的數(shù)據(jù)，每臺(tái)門(mén)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(huà)撥號(hào)；
④ 調(diào)制解調(diào)器電話(huà)通信處理程序通過(guò)安全密碼可進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)第二級(jí)安全密碼可得到單個(gè)港口門(mén)機(jī)資料。
（2）數(shù)據(jù)庫(kù)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(mén)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(mén)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(xiàn)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(huà)號(hào)碼。
現(xiàn)場(chǎng)操作人員和用戶(hù)通過(guò)一系列菜單和屏幕顯示與系統(tǒng)對(duì)話(huà)。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(hù)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(guò)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。
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