|
摘要：本文提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡的港口門機風速信息采集系統(tǒng)設計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了針對港口集裝箱大型門座式起重機（簡稱門機）掛接風速報警儀，通過GPRS無線通訊網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程無線監(jiān)控的方法以及GPRS技術(shù)的基本知識，通過實際測試、應用，獲得了理想的效果。
關(guān)鍵詞： GPRS；DTU；門機；風速儀；報警數(shù)據(jù)；傳輸；
一、前言
起重機作為一種高聳結(jié)構(gòu)，對風速的影響十分敏感。尤其是近年來，起重機數(shù)量增多，高度增加，風致振動影響愈來愈多，風毀事故也時有發(fā)生。因風速過高導致振動引起箱形矩形截面拉桿斷裂或者拉桿斷裂事故，嚴重影響了港口的正常工作，造成極大的經(jīng)濟損失。由于門機處于碼頭前沿工作，其迎風面積大，風力作用中心高，重心高，極易引起風振，造成事故。隨著國際貿(mào)易的發(fā)展，集裝箱運量激增，門機不斷朝著大型化、高效化方向發(fā)展，對風致振動更為敏感。因此有必要對風速進行檢測，防止出現(xiàn)上述事故發(fā)生。
原有港口門機信息采集網(wǎng)絡建設較早，設備性能低、線路速度低、時延長，已很難滿足風速資料傳輸?shù)囊螅茈y滿足進行數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)男枨螅灰虼耍瑯?gòu)建一個更完善、更快捷、更安全的廣域網(wǎng)絡平臺迫在眉睫。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)絡從規(guī)格、管理軟件、安全防護等方面進行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴展性，未來可以方便地進行升級。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網(wǎng)絡來實現(xiàn)。
二、GPRS網(wǎng)絡簡介
GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業(yè)務，它是以數(shù)據(jù)流量計費、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設施平臺，為推動移動辦公的應用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡相比，GPRS網(wǎng)絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優(yōu)點。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)絡優(yōu)點：
1、數(shù)據(jù)傳輸速率高。每個氣象信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)，目前GPRS實際數(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氣象信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于氣象信息采集點數(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、通信費用低。采用傳統(tǒng)的有線方式建立港口門機信息采集傳輸系統(tǒng)，必須租用專線或電話線進行連接。由于氣象信息采集點必須與中心隨時保持連線狀態(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，平均每一個氣象信息采集點每月的線路費用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在200元之內(nèi)。
4、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
三、系統(tǒng)概述
鑒于港務各部門的特殊可靠性要求，港口門機信息采集系統(tǒng)在總體建設上采用業(yè)務與網(wǎng)絡分層構(gòu)建、逐層保護的指導原則，利用寬帶IP（動態(tài)域名解析）＋GPRS無線網(wǎng)絡技術(shù)，保證網(wǎng)絡的互聯(lián)互通性，提供具有一定QOS的帶寬保證，所采用的設備以及網(wǎng)絡構(gòu)架都具有良好可擴展性，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設備，實現(xiàn)遠程無線數(shù)據(jù)傳輸功能。
港口門機信息采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡設計采用星型結(jié)構(gòu)，在省局中心、地、州、市級港務局和港口各設立核心節(jié)點。另外，考慮到網(wǎng)絡還可用來承載港務OA系統(tǒng)的需求，所以中心設備能很好的保障網(wǎng)絡在未來幾年的先進性和可擴展性。例如，未來到各地市的帶寬擴展到2個2M或者更多，此時只需要通過專線升級方式即可。
各門機風速采集點采用GPRS DTU設備接入，將采集到的各種數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡及時的送到各個數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)快速、穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡構(gòu)建。
該方案的建設既能實現(xiàn)信息化辦公，也實現(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計是本方案建設的特色，具體表現(xiàn)在以下兩個方面:
1、設備級的可靠性：在設計中，通過選擇具備高可靠性設計的網(wǎng)絡設備，減少設備故障率，提高網(wǎng)絡可靠性。設備本身的可靠性是決定整個網(wǎng)絡系統(tǒng)可靠性的主要因素。特別是采集點的GPRS設備，更是整個系統(tǒng)業(yè)務正常運行的重要保障。本次選取的GPRS DTU設備具有高可靠性，通過了國家標準的EMC抗干擾測試，在設備級充分保障了網(wǎng)絡可靠性。
2、互連線路的備份設計：每個節(jié)點與其他節(jié)點間通過多條線路連接，避免單路故障，提高網(wǎng)絡路徑冗余。
四、系統(tǒng)構(gòu)建拓撲
五、系統(tǒng)架構(gòu)
門機風速報警儀
本儀器是根據(jù):（1）建設部《塔機設計規(guī)范標準JB9462—88》技術(shù)要求4.1.2.1條“在起重機的最大安裝高度工作時，風速不大于20m/s。整體架設爬升或頂升操作風速不大于13m/s。”和4.5.6條“對臂架根部全交點超過50m的起重機應在頂部裝設風速儀。”（2）旅游局對客運架空索道安全規(guī)范有關(guān)異常氣候情況的運營規(guī)定“最大瞬時風速超過15m/s時，必須停止運營”的規(guī)定設計制造的。
風速報警儀由微處理器和高動態(tài)特性的測風傳感器組成，可觀測大氣中的瞬時風速和以及二分鐘，十分鐘平均風速，具有風速報警設定和報警輸出控制功能；
采用雙屏顯示輸出，風速顯示采用高亮LED數(shù)碼管顯示，觀察距離遠，并適合于光線較暗和夜間使用，參數(shù)設定采用圖形液晶LCD顯示，人機界面友好；
自帶聲光報警器，風速超限時報警器發(fā)出聲光報警；
提醒操作人員注意安全；
具有RS485通訊口，可與計算機聯(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；
儀器的特點是重量輕，安裝使用方便，風速測量準確，數(shù)字顯示直觀清晰, 是大中型建筑塔機、起重機械、吊籃和索道纜車等操作安全保障不可缺少的風速檢測儀器。
技術(shù)性能指標
- 起動風速：<0.4m/s
- 測量范圍：0.4～70m/s
- 分辨率：0.1m/s
- 測量精度：0.4+2%×實際風速
- 采樣時間：3秒
- 顯示：雙屏顯示，高亮數(shù)碼管顯示風速（m/s），液晶屏顯示菜單
- 報警方式：聲光報警
- 電源：220VAC 50Hz
- 使用環(huán)境： 主機 溫度：－10～50℃；濕度：20%～90%RH； 探頭 溫度：－22℃～＋50℃
- 輸出容量：控制繼電器觸點容量5A 220VAC
風力(風速)等級表
|
等級 |
名稱 |
陸地上地物特征 |
風速(米/秒) |
|
0 |
無風 |
靜煙直上。 |
0.0—0.2 |
|
1 |
軟風 |
煙能表示風向,樹葉略有搖動。 |
0.3—1.5 |
|
2 |
輕風 |
人面感覺有風,樹葉有微響,旗子開始飄動,高的草開始搖動。 |
1.6—3.3 |
|
3 |
微風 |
樹葉及小枝搖動不息，旗子展開，高的草搖動不息。 |
3.4—5.4 |
|
4 |
和風 |
能吹起地面灰塵和紙張,樹枝動搖，高的草呈波浪起伏。 |
5.5—7.9 |
|
5 |
清勁風 |
有葉的小樹搖擺，內(nèi)陸的水面有小波，高的草波浪起伏明顯。 |
8.0—10.7 |
|
6 |
強風 |
大樹枝搖動，電線呼呼有聲，撐傘困難，高的草不時傾伏于地。 |
10.8—13.8 |
|
7 |
疾風 |
全樹搖動，大樹枝彎下來，迎風步行感覺不便。 |
13.9—17.1 |
|
8 |
大風 |
可折毀小樹枝，人迎風前行感覺阻力很大。 |
17.2—20.7 |
|
9 |
烈風 |
草房遭受破壞，屋瓦被掀起，大樹枝可折斷。 |
20.8—24.4 |
|
10 |
狂風 |
樹木可被吹倒，一般建筑物遭破壞。 |
24.5—28.4 |
|
11 |
暴風 |
大樹可被吹倒，一般建筑物遭嚴重破壞。 |
28.5—32.6 |
|
12 |
颶風 |
陸上少見，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)傳輸終端采用廈門藍斯通信有限公司LZ713C GPRS DTU，通過DTU實現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。DTU功能與特點如下：
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GPRS模塊Mc39i
² 內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧
² 數(shù)據(jù)終端永遠在線
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 支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名和IP地址訪問
² 在全透明方式下可同時向多中心發(fā)送數(shù)據(jù)
² 系統(tǒng)配置和維護接口
² 支持串口軟件升級和遠程維護
² EMC抗干擾設計，適合電磁環(huán)境惡劣的應用需求
² 采用先進電源技術(shù)，供電電源適應范圍寬
港務中心系統(tǒng)
A、操作系統(tǒng)
該系統(tǒng)的特點可分為兩類：實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理：
（1）實時監(jiān)測
① 自動收集和認可從遠程井口微型計算機傳輸來的數(shù)據(jù)，每臺門機有其自己的識別特征；
② 自動檢查錯誤，如果需要還可重新傳輸；
③ 在收到任何級別的警報時，可自動進行電話撥號；
④ 調(diào)制解調(diào)器電話通信處理程序通過安全密碼可進入計算機系統(tǒng)，通過第二級安全密碼可得到單個港口門機資料。
（2）數(shù)據(jù)庫管理
① 風速儀和報警數(shù)據(jù)按時間、日期和所在門機存儲。
② 根據(jù)報警數(shù)據(jù)的緊急程度和認可情況排定報警數(shù)據(jù)的優(yōu)先次序。每臺門機的報警資料單獨存儲。
③ 存儲歷史數(shù)據(jù)，并使這些數(shù)據(jù)在線保留時間約1個月。
④ 計劃數(shù)據(jù)收集時間和間隔；計劃數(shù)據(jù)記錄時間和間隔；密碼賦值；設定報警優(yōu)先等級和報警記錄的電話號碼。
現(xiàn)場操作人員和用戶通過一系列菜單和屏幕顯示與系統(tǒng)對話。不僅能得到歷史數(shù)據(jù)，而且還可得到現(xiàn)時數(shù)據(jù)。
B、用戶網(wǎng)絡化管理
系統(tǒng)的設計可使現(xiàn)場操作人員和處于遠方的技術(shù)工程師通過一系列菜單顯示得到存儲在港務中心的數(shù)據(jù)。
六、總結(jié)
建成后的整個港口GPRS信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)了互聯(lián)互通與共享，為港務信息管理體系的完善打下了堅實的基礎，同時也將在減災、防范、故障處理等諸多方面發(fā)揮著重要的作用。
|
