海外某集裝箱碼頭冷藏箱管理系統(tǒng)解決方案

陳歆韻，李瑞娟

(中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032)

伴隨世界集裝箱運(yùn)輸行業(yè)的飛速發(fā)展，為了滿足諸如食品、醫(yī)藥和精密儀器等對(duì)輸運(yùn)溫度有特殊要求貨物的需求，冷藏集裝箱憑借其安全快速、方便經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)成為國(guó)際冷藏運(yùn)輸?shù)闹饕问健Ｔ谶@一過(guò)程中，世界港口等級(jí)體系也開(kāi)始重塑，集裝箱港口在不斷集成信息化、智能化和電子化的現(xiàn)代物流技術(shù)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)作，以提高生產(chǎn)效率，減少船舶在泊時(shí)間，提高港口吞吐量[1]。與此同時(shí)，冷藏箱管理技術(shù)也從傳統(tǒng)的指派專職人員定時(shí)巡檢冷藏箱區(qū)的模式逐漸發(fā)展成智能化監(jiān)控技術(shù)：建立遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷藏箱溫度等運(yùn)行狀態(tài)的不間斷監(jiān)控，快速發(fā)現(xiàn)異常、降低監(jiān)管責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省人力資源成本，有效地提升港口綜合管理能力。

1 冷藏箱管理系統(tǒng)模式

常見(jiàn)的冷藏箱管理系統(tǒng)模式按其發(fā)展歷程，主要有以下3種：

1)四極監(jiān)控。該方法為每一個(gè)冷藏集裝箱額外配備一根四芯信號(hào)電纜，其中三芯用來(lái)傳輸“壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)”“除霜或加熱”和“溫度正常”信號(hào)，另一芯為公共線，用于判斷該冷藏箱是否連接至四極監(jiān)控系統(tǒng)[2]。但由于這些信號(hào)主要為開(kāi)關(guān)量，后臺(tái)監(jiān)控中心也無(wú)法直接發(fā)送指令至冷藏箱改變其壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。與此同時(shí)，隨著需要冷藏運(yùn)輸?shù)呢浳锓N類越來(lái)越多，對(duì)冷藏箱精密度和可控性的要求越來(lái)越高，此種四極監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供的內(nèi)容較為單一，已無(wú)法滿足港口自動(dòng)化管理的需求。

2)PCT電力載波。PCT載波技術(shù)是對(duì)冷藏箱壓縮機(jī)的電力電纜采用調(diào)頻或調(diào)相等技術(shù)進(jìn)行中高頻的信號(hào)傳遞，實(shí)現(xiàn)冷藏箱與后方監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。它將冷藏箱各類信息如壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、箱內(nèi)溫度等調(diào)制成高頻信號(hào)，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)調(diào)制解調(diào)器將信號(hào)傳至監(jiān)控計(jì)算機(jī)。然而，目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的傳輸技術(shù)分為2種，分別為窄頻帶傳輸和寬頻帶傳輸，各個(gè)國(guó)家使用的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，給冷藏箱監(jiān)控系統(tǒng)的適應(yīng)性帶來(lái)了麻煩，同時(shí)也因其系統(tǒng)本身易受電網(wǎng)沖擊干擾，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差[3]。

本文結(jié)合境外某自動(dòng)化集裝箱碼頭工程，對(duì)這一冷藏箱數(shù)據(jù)接口監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行闡述。

2 冷藏箱管理系統(tǒng)架構(gòu)

冷藏箱管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷藏箱業(yè)務(wù)功能的途徑為：使用手持設(shè)備終端操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷藏箱的巡檢、插拔電指令的傳送；在中控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷藏業(yè)務(wù)的操作和監(jiān)控，并提供異常警報(bào)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

冷藏箱管理系統(tǒng)的本質(zhì)是對(duì)冷藏箱機(jī)組內(nèi)信息的顯示和控制。冷藏箱機(jī)組內(nèi)的信息通過(guò)下載電纜傳輸至數(shù)據(jù)接收端，由數(shù)據(jù)接收端通過(guò)信號(hào)線傳輸至主監(jiān)控模塊，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電纜傳輸至中控系統(tǒng)后臺(tái)，連入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息可以直接與碼頭操作系統(tǒng)(terminal operation system，簡(jiǎn)稱TOS)及管理系統(tǒng)通過(guò)接口交互；服務(wù)器端和客戶端人機(jī)界面可以直接顯示數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息；管理工具可以訪問(wèn)并修改數(shù)據(jù)庫(kù)、后臺(tái)通訊程序和人機(jī)界面的設(shè)置。冷藏箱管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 冷藏箱管理管理架構(gòu)

以墨西哥某集裝箱碼頭工程為例，該工程在堆場(chǎng)上布置冷藏箱機(jī)架共19個(gè)。冷藏箱自動(dòng)化管理系統(tǒng)的監(jiān)控中心位于碼頭控制樓，數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)采用3層結(jié)構(gòu)：核心交換層位于監(jiān)控中心，包含SQL數(shù)據(jù)庫(kù)等；匯聚層設(shè)置在冷藏箱區(qū)附近變電所，配置匯聚交換機(jī)；每個(gè)冷藏箱機(jī)架均配置1臺(tái)交換機(jī)，通過(guò)光纜實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

3 冷藏箱管理系統(tǒng)硬件

冷藏箱管理系統(tǒng)按系統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)成，管理系統(tǒng)主要由主監(jiān)控模塊、中繼接線盒、下載電纜、交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控工作站等硬件組成。

1)主監(jiān)控模塊。冷藏箱自動(dòng)化管理系統(tǒng)的主要模塊是一個(gè)集信息提取、處理、輸出為一體的主監(jiān)控模塊。每個(gè)主監(jiān)控模塊可采集多個(gè)冷藏箱的數(shù)據(jù)信息，面板上配置有對(duì)應(yīng)冷藏箱個(gè)數(shù)的指示燈，顯示電源及通訊狀態(tài)等信息，以幫助現(xiàn)場(chǎng)工作人員在插電后能夠快速、直觀地判斷系統(tǒng)是否通訊正常。

每個(gè)主監(jiān)控模塊具有獨(dú)立的MAC地址和IP地址，IP地址與每個(gè)模塊的安裝位置一一對(duì)應(yīng)[4]，存入中控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以實(shí)現(xiàn)中控系統(tǒng)可以通過(guò)IP地址來(lái)識(shí)別每個(gè)冷藏箱的位置并區(qū)別他們。一般來(lái)說(shuō)，每一個(gè)冷藏箱貨架都安裝有數(shù)個(gè)主監(jiān)控模塊，這些模塊通過(guò)網(wǎng)線和最近的接入點(diǎn)接入光纖網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與中控系統(tǒng)的通訊。

2)中繼接線盒。在冷藏箱自動(dòng)化管理的硬件系統(tǒng)中，在主監(jiān)控模塊和冷藏箱的數(shù)據(jù)接口之間另有一個(gè)中繼接線盒。每個(gè)冷藏箱位均配置一個(gè)中繼接線盒，它們通過(guò)通訊電纜串聯(lián)在一起，以實(shí)現(xiàn)與冷藏箱的一一對(duì)應(yīng)。中繼接線盒的作用如下：①將主監(jiān)控模塊到冷藏箱的接線分為2部分。由于集裝箱碼頭冷藏箱通常為機(jī)架式多層布置，主監(jiān)控模塊與最遠(yuǎn)端冷藏箱位的距離通常較大，為確保通訊質(zhì)量，中繼接線盒的存在就變得非常重要。它可以縮短這段數(shù)據(jù)電纜的長(zhǎng)度，既保證通訊強(qiáng)度，又降低造價(jià)。②中繼接線盒能夠在冷藏箱位閑置時(shí)保護(hù)通訊插頭。在實(shí)際生產(chǎn)操作期間，許多冷藏箱位都是空置的，中繼接線盒能夠很好地提供一個(gè)存放通訊電纜的位置[5]，延長(zhǎng)使用壽命。

4 冷藏箱管理系統(tǒng)通信方式

4.1 現(xiàn)場(chǎng)通訊

CAN總線是一種支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸方式，即任何在總線上的節(jié)點(diǎn)都可以監(jiān)聽(tīng)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。對(duì)于控制系統(tǒng)而言，這種現(xiàn)場(chǎng)總線方式的優(yōu)點(diǎn)如下：

1)對(duì)通信數(shù)據(jù)編碼取代地址編碼使不同節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性；

2)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，具有關(guān)閉輸出功能，確保總線上其他節(jié)點(diǎn)不受影響。

利用CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的方式如圖2所示。

圖2 冷藏箱管理系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線布置

上述集裝箱碼頭案例中，每個(gè)冷藏箱機(jī)架為5層雙面設(shè)置，每面各配置1臺(tái)主監(jiān)控模塊(RRCE-D)，可連接36個(gè)中繼接線盒(J-COM Box)。這些中繼接線盒通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線連接，結(jié)合通訊距離及通訊速率，每臺(tái)RRCE-D模塊可分兩路總線將所有中繼接線盒串聯(lián)起來(lái)。

4.2 接口機(jī)制

冷藏箱管理系統(tǒng)利用XML接口與TOS管理系統(tǒng)、用戶界面及其他系統(tǒng)的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)信息交互，同時(shí)連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖3所示。

圖3 冷藏箱自動(dòng)化管理系統(tǒng)接口機(jī)制

5 冷藏箱管理系統(tǒng)功能

冷藏箱管理系統(tǒng)可監(jiān)控的數(shù)據(jù)如下：

1)冷藏箱運(yùn)行模式(除霜、制冷、加熱等)；

2)冷藏箱溫度(回風(fēng)溫度、送風(fēng)溫度、設(shè)定溫度)；

3)冷藏箱訂艙預(yù)設(shè)溫度(從外部文件獲得，可與實(shí)際設(shè)定溫度比對(duì)，不符合時(shí)產(chǎn)生報(bào)警)；

4)冷藏箱電壓和電流；

5)冷藏箱物理位置；

6)冷藏箱訂艙預(yù)設(shè)位置(從外部文件獲得，可與實(shí)際物理位置比對(duì)，不符合時(shí)產(chǎn)生報(bào)警)；

7)冷藏箱的品牌與型號(hào)。

在人機(jī)交互界面上，系統(tǒng)可以顯示碼頭冷藏箱的實(shí)際布局以及上述模式和狀態(tài)信息及報(bào)警編號(hào)，并自動(dòng)對(duì)比冷藏箱的型號(hào)查詢，顯示該報(bào)警信號(hào)對(duì)應(yīng)的報(bào)警內(nèi)容。當(dāng)一個(gè)冷藏箱接入時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)比對(duì)其預(yù)設(shè)溫度和當(dāng)前設(shè)定溫度，如果差別超過(guò)某一溫度閾值，則顯示報(bào)警。除此之外，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中可存冷藏箱的歷史資料也可顯示成表格或圖表模式，確保人機(jī)界面友好，提高自動(dòng)化管理效能。

6 結(jié)語(yǔ)

1)冷藏箱管理系統(tǒng)可采集豐富的冷藏箱運(yùn)行模式和狀態(tài)信息，識(shí)別冷藏箱品牌和型號(hào)，實(shí)現(xiàn)不間斷監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化管理；

2)通過(guò)自動(dòng)比對(duì)和報(bào)警功能，快速發(fā)現(xiàn)冷藏箱異常，大大降低人工管理成本和責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)；

3)與碼頭操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互，充分滿足自動(dòng)化碼頭協(xié)同管理的需求；

4)基于數(shù)據(jù)接口的冷藏箱管理系統(tǒng)的投入使用將大幅提高冷藏箱的智能化管理水平，契合集裝箱碼頭的現(xiàn)代化、自動(dòng)化管理需求，進(jìn)一步確保貨物品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。