港口起重機IP電話系統及其配置方案

閻旭文 楊雷忠

上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 200125

0 引言

港口起重機常見的有岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）和堆場集裝箱起重機（以下簡稱場橋），場橋包括輪胎式集裝箱起重機（以下簡稱輪胎吊）和軌道式集裝箱起重機（以下簡稱軌道吊），通常都會在每臺設備上配備通信廣播系統。通信廣播系統的主要作用是向起重機司機、理貨員、鎖頭裝卸工、集裝箱卡車司機以及港口起重機設備維護人員等提供尋呼和對講功能。該系統是維護現場作業人員生命安全、設備安全運行以及方便設備維護保養的重要通訊保障。

以往岸橋和場橋常用的通信廣播系統有Page/Party有線群呼通信機系統、程控電話系統、數字廣播電話等。隨著岸橋遠控技術和自動化堆場技術的不斷成熟，對設備通信廣播系統的需求已逐漸從單機向地面中控室轉變，越來越多的項目要求碼頭中控室可以對場地內的設備進行尋呼和對講。正是基于當前自動化碼頭的發展需求，IP電話逐漸被應用于港口起重設備上，且使用量逐年大幅增加。針對遠控和自動化堆場項目，IP電話系統在功能要求和系統配置方面并不復雜，但由于港口設備特有的要求，市場上的IP電話設計方案并不能直接使用，這就需要針對港口起重機設備的實際使用要求，對IP電話系統要求和配置方案進行標準化處理。

1 常用通訊廣播系統

1.1 Page/Party有線群呼通信機系統

Page/Party系統既是一種基于分散式語音放大站的結構，可同時向所有的語音放大站進行緊急呼叫，又是一個對講及公共廣播系統，基于分布式、多通道、面向公眾的總線式通訊系統[1]。系統內所有通信機相互并聯，任何一個室內或室外通信機都包含功率放大器和通話放大電路，當一個通信機出現故障，其他通信機不受影響，仍能繼續廣播呼叫和通信。

每個通信機具有廣播呼叫和電話通信2種功能，當其中任何一個通信機進行廣播呼叫時，系統中的其他喇叭會同時廣播，該功能用于發布命令和呼叫尋人電話通信功能允許2個或多個通信機用手柄進行通話。

系統內所有通信機用1根含2對雙絞線的屏蔽電纜并聯連接，其中1對雙絞線作為呼叫線，另一對雙絞線作為通信線；還有1根是電源線，如圖1所示。

圖1 有線群呼系統示意圖

1.2 程控電話系統

程控電話系統是一個適用于工業環境的電話交換機系統，具備一般電話的所有功能，同時具有可編分機號碼功能。系統設計和組成靈活多樣，通用性強，安裝和操作方便。系統內只能進行逐個位置的撥號尋找，不具備群呼和群廣播功能。針對港口起重機設備司機室需要的廣播功能，需要單獨再配一套由麥克風、腳踏開關、桌邊通訊機和室外喇叭構成的廣播系統。

系統內電話有1根包含2對雙絞線的屏蔽電纜星型連接到交換機，其中1對雙絞線作為電話的通信線，另一對雙絞線作為電源線，如圖2所示。

圖2 程控電話系統示意圖

1.3 數字廣播電話系統

數字廣播電話系統主要由數字廣播電話獨立組網，適用于通訊工作環境復雜且外部干擾嚴重的環境。終端話機屬于數字電話的一種，主要基于電力線載波原理，采用了DSP(微處理器)數字處理技術和OFDM(自適應調制)載波格式，使終端話機具備了較強的電磁兼容性和抗干擾能力。同時，由于采用了PCM(脈沖編碼調制)數字處理技術，通過利用無損數據壓縮方式即可實現音質無損耗，清晰宏亮。

數字廣播電話系統采用廣播優先級控制，任意一臺終端話機即可對整個區域進行廣播呼叫；支持三方通話，設置時間內無音頻輸入，自動切斷音頻電路，進入待機狀態。該系統能自動匹配通訊距離的阻抗，自動實現功率調節和溫度補償，具備自恢復和過載保護保護功能。

如圖3所示，該系統支持點對點、級聯式、分布式等布線方式，通訊線可選擇普通的1.5 mm2雙芯線纜，無屏蔽層要求，可有效降低線纜成本。

圖3 數字廣播電話系統示意圖

1.4 IP電話系統

隨著港口起重機設備遠控技術和自動化堆場技術的成熟，有些項目開始要求地面控制中心操作人員要能和單機設備現場或堆場交互區的人員進行通話，在這樣的工況要求下，基于VoIP(Voice over Internet Protocol)數字電話的IP電話系統開始出現在各個碼頭。

VoIP電話系統將語音、圖像、視頻等模擬信號轉化為數字信號，并以封包的形式通過IP網絡進行傳輸[2]。基本原理是通過語音的壓縮算法對語音數據進行壓縮處理，按照TCP/IP標準進行打包，經過IP網絡把數據包送至接收地，再將這些語音數據包串起來，經過解壓處理后恢復成原來的語音信號，從而達到由互聯網傳送語音的目的[3]。

IP電話系統當前常用的協議（Control Protocol）主要有H.323、會話啟動協議（Session Initiation Protocol，SIP）、MEGACO和MGCP。基于港口起重機設備的實際需求和碼頭的實際情況，推薦采用SIP協議。SIP是由因特網工程任務組IETF于1999年提出的一個基于IP網絡中實現多媒體實時通信應用的一種信令協議[4]。該協議包括會話描述協議（SDP）、會話發布協議（SAP）和會話啟動協議。SIP是一個基于文本的應用層控制協議，用于創建、修改和釋放一個或多個參與者的會話，類似于HTTP和SMTP，具有簡單、高效、靈活的特點[5]。

當前，在岸橋和場橋上使用的IP電話功能主要有點對點撥號語音呼叫、組網群呼廣播、遠距離通訊、網絡內任意電話通訊、以及一鍵呼叫和免提按鍵功能等。接口采用網線方式，未來也可采用光纖方式。系統通訊距離要可覆蓋整個碼頭，系統還可外接大功率揚聲器，滿足碼頭擴音和廣播的需要。系統示意圖見圖4和圖5。

圖4 IP電話在機上部分示意圖

圖5 IP電話在地面中控部分示意圖

1.5 港口起重機設備上常用通訊廣播系統比較

從Page/Party電話系統和程控電話系統，到基于電力載波技術的數字廣播電話系統，再到基于VoIP話機終端的IP電話系統，為更好地說明它們各自的特點，現就其功能、通訊協議、價格、聯網范圍以及市場產品差異性等方面進行比較，詳見表1。

表1 各類電話比較

2 港口起重機設備IP電話標準化方案

目前市場上的IP電話產品和系統配置方案尚無法完全滿足當前港口起重機的使用要求，其原因一方面是話機自身不能完全滿足港口起重機使用環境；另一方面是各碼頭港口起重機的遠程控制要求和自動化堆場運行工況的設計要求有所不同，導致對IP電話系統的要求也不盡相同，沒有統一方案。此外，各供貨商出于自身考慮，在產品或系統開發中部分采用了私有協議，也會導致市場上同類產品的可替換性變差。為了能讓市場上IP電話產品更好地服務于港口起重機，也為了規范此類產品的設計選型，通過調查研究，針對當前市場的情況制定出現階段的港口起重機設備IP電話系統標準化方案，并就未來的系統優化升級方案提出方案，以期達到規范設計選型和降本的目的。

2.1 IP電話系統要求

2.1.1 話機硬件配置基本要求

話機可被簡單分為戶外機和戶內機2種，具有抗震功能。戶外機需具有抗紫外線、抗高鹽霧、耐腐蝕、IP防護等級要求不低于IP55等特點。話機支持SIP對講和SIP廣播，可脫機對講，采用數字全雙工方式，通話清晰，具備較強的抗電磁干擾能力。面板需有0～9數字鍵，提供廣播、免提、緊急呼叫功能鍵。話機需要配置揚聲器，戶內不低于3 W，戶外不低于10 W，司機室外揚聲器不低于30 W。話機的詳細分類描述如下：

2）戶內電話 自帶揚聲器，音量可調，對任意終端對講和廣播。適用于PLC房、電氣房、動力房、機器房、俯仰室以及理貨室等處；

3）司機室型電話 對任意終端對講和廣播。需要配置桌邊鵝頸式麥克風，腳踏開關。戶內話機可外接揚聲器，其功率不低于30 W（如果司機室外采用網絡揚聲器，可忽略此要求）；

4）電梯電話 采用雙線形式通訊，載波模塊可外置。自帶揚聲器，音量可調，對任意終端對講和廣播；

5）中控室電話 桌面型電話，帶鵝頸式麥克風，無聽筒式，對任意終端對講和廣播。如果為觸屏型，需提供將分組或分區調到當前的接口，一個分組或一個分區可用來代表一臺機的所有終端；

6）單鍵型呼叫/對講機 緊急呼叫鍵，可設置呼叫目標，適用于碼頭堆場集卡交互區。

2.1.2 語音交換機和系統平臺軟件基本要求

語音交換機與系統平臺軟件功能相近，是組網的核心。如果系統采用語音交換機，則無需采用平臺軟件；如果采用平臺軟件，則無需采用語音交換機。無論是采用語音交換機還是系統平臺軟件都應具備以下功能：

1）支持SIP對講和SIP廣播 具有點對點對講，單點廣播、分區廣播、全區廣播功能；

任務驅動型作文的情景材料是作文內容核心，考生在作文時應圍繞它而落實任務指令，使考生在情景材料中辨析關鍵概念，在情景材料中多維度的比較中說理論證。那么怎樣立足情景材料落實任務指令呢？《18年與中國的一同成長》（廣東考生）一文是典范。

2）振鈴組功能 振鈴組創建、修改、刪除、查詢，可設置振鈴結果類型和振鈴時間，如果終端有速撥鍵，可設置振鈴組編號，一鍵呼叫振鈴組；

3）隊列式呼叫功能 呼叫隊列創建、修改、刪除、查詢，可設置排隊策略和跳轉的間隔時間；如果終端有速撥鍵，可設置隊列編號，一鍵呼叫隊列；

4）廣播組創建、修改、刪除、查詢（如果振鈴組和呼叫隊列已包含廣播功能，則此條無需）；

5）發起預錄音廣播或提供客戶端SDK用戶可實現預錄音廣播；

6）語音交換機的用戶數和通話并發數應根據實際需求決定 通常情況下岸橋的通話并發數不會大于20路，場橋的通話并發數不會大于10路，中控語音交換機的通話并發數不建議超過60路；

7）如果采用平臺軟件，要求SIP設備接入能力為1 000終端。

2.1.3 通訊網絡要求

系統傳輸中85 m以內建議使用網線，網線規格建議為4×2×26 AWG，有屏蔽；超過85 m則建議使用光纜。機上長距離傳輸采用62.5/125 μm的多模光纖，從設備到中控的傳輸建議采用9/125 μm的單模光纖。

2.2 IP電話系統標準配置方案

2.2.1 機上IP電話標準布置與配置方案

以常規岸橋和軌道吊為例，推薦常規岸橋上布置13個IP電話，具體布置方案見圖6。推薦軌道吊上布置6個IP電話，具體布置方案見圖7。

圖6 岸橋IP電話標準布置圖

圖7 軌道吊IP電話標準布置圖

明確IP電話的標準布置后，再考慮IP電話配置的標準方案。原則上，距離電氣房IP電話控制箱85 m以內區域的IP電話可采用POE供電，超過85 m區域的IP電話可采用光纖模式，通過光轉模塊實現光電信號的轉變。考慮到岸橋電梯的隨行電纜內無光纜，建議通過載波模塊來實現信號的雙線傳輸。岸橋單機設備上的IP電話配置標準方案如圖8所示，軌道吊單機設備上的IP電話配置標準方案如圖9所示。

圖8 岸橋單機IP電話配置標準方案

圖9 軌道吊IP電話配置標準方案

由圖8可知，在岸橋的標準配置方案中設置了司機室電話（覆蓋小車架電話）、前大梁電話、俯仰室電話（覆蓋梯形架電話）、海測大車電話以及陸側大車電話（覆蓋理貨室電話）等5路62.5/125 μm的多模光纜傳輸線路。如果是雙小車岸橋，中轉平臺電話可由陸側大車電話這一路來覆蓋。

由圖9可知，在常規自動化軌道吊的IP電話標準配置中只設置了從中轉接線箱到司機室電話一路62.5/125 μm的多模光纜傳輸線路，該路電話可覆蓋小車架電話。非電氣房一側大車電話距離電氣房較遠，經綜合考慮成本，采用POE供電，直接從中轉箱通過網線引出。

從單機設備到地面控制中心，岸橋、自動化軌道吊均采用9/125 μm的單模光纜進行信號傳輸。

2.2.2 地面中控室IP電話標準配置方案

地面中控室IP電話標準配置方案如圖10所示，地面控制中心IP電話系統除與設備（岸橋和軌道吊）相連外，還通過9/125 μm的單模光纜經信號變換后與堆場集卡交互區的IP網絡對講終端相連，主要是服務于交互區的集卡司機，方便其與中控室操作人員進行溝通。

圖10 地面中控室IP電話標準配置方案

從現有自動化碼頭遠程控制臺的設計看，岸橋和軌道吊的操作是分開的。岸橋遠程操作臺的數量一般等于岸橋的數量，主要原因是主小車需要人工介入。對自動化軌道吊而言，需要人工介入的操作較少，被操作的機器較多，所以通常情況下軌道吊遠程操作臺的數量遠小于軌道吊的數量。

2.3 標準方案的優化升級

當前，語音交換機+網絡交換機是較常用的主流配置形式，極少有項目采用系統平臺軟件+網絡交換機配置形式。無論哪種形式，目前基本都是基于點對點操作和分組快捷鍵操作的人工選擇模式，要求操作人員記憶一些號碼。如果被操作的設備（如軌道吊）需要經常變化，整個語音系統的操作就顯得比較麻煩。通過調研，本文提出了語音系統的自動切臺功能，該功能的開發是對現有IP電話系統的功能補充或稱為優化升級。具體做法是遠控操作臺切換操作不同的設備時，遠控操作人員的起重機語音系統自動切換到相應的起重機，無需人工選擇。如圖11所示，當流程①時，遠控操作人員操作的是1號岸橋（STS1），此時如果操作人呼叫1理貨室，實際呼叫的是101理貨室；操作臺切換到2號岸橋（STS2）后，即當流程②時，操作人再呼叫1理貨室，實際呼叫的是201理貨室，這樣將極大地方便遠控操作人員對起重機語音系統的使用。

圖11 起重機語音系統自動切換

如圖12所示，按照設備總調度指令，遠控PLC與指定設備建立連接后，通過TCP/IP與語音交換機（或系統平臺軟件）進行通訊，將被操作設備信息發送給語音系統，語音系統收到指令后，按照指令要求自動與被指定設備建立語音連接。

圖12 語音系統自動切換功能實現

3 結語

本文介紹了港口起重機常用的4類通訊廣播系統的構成、功能及特點比較，并重點就IP電話系統的話機硬件配置基本要求、語音交換機和系統平臺軟件基本要求、通訊網絡要求、單機IP電話標準布置與配置方案以及地面中控室IP電話標準配置方案做了研究分析，并提出了完整的建議配置方案。在此基礎上，還通過介紹分析語音系統自動切臺功能，為未來IP電話語音系統的優化升級提供參考。當前IP電話系統已經成為遠控岸橋和自動化堆場首選的通訊廣播系統，本文希望通過深入研究進一步明確IP電話的配置要求、功能要求和標準配置方案，從而服務好、規范好港口起重機設備配套件市場上該類產品的設計選型，合理有效地做好成本控制。