陳歆韻，李瑞娟

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

伴隨世界集裝箱運輸行業(yè)的飛速發(fā)展，為了滿足諸如食品、醫(yī)藥和精密儀器等對輸運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)濟等特點成為國際冷藏運輸?shù)闹饕问健Ｔ谶@一過程中，世界港口等級體系也開始重塑，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)的過程中實現(xiàn)了自動化運作，以提高生產(chǎn)效率，減少船舶在泊時間，提高港口吞吐量[1]。與此同時，冷藏箱管理技術(shù)也從傳統(tǒng)的指派專職人員定時巡檢冷藏箱區(qū)的模式逐漸發(fā)展成智能化監(jiān)控技術(shù)：建立遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)對冷藏箱溫度等運行狀態(tài)的不間斷監(jiān)控，快速發(fā)現(xiàn)異常、降低監(jiān)管責任風險、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。該方法為每一個冷藏集裝箱額外配備一根四芯信號電纜，其中三芯用來傳輸“壓縮機運轉(zhuǎn)”“除霜或加熱”和“溫度正?！毙盘?，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]。但由于這些信號主要為開關(guān)量，后臺監(jiān)控中心也無法直接發(fā)送指令至冷藏箱改變其壓縮機運行狀態(tài)。與此同時，隨著需要冷藏運輸?shù)呢浳锓N類越來越多，對冷藏箱精密度和可控性的要求越來越高，此種四極監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供的內(nèi)容較為單一，已無法滿足港口自動化管理的需求。

2)PCT電力載波。PCT載波技術(shù)是對冷藏箱壓縮機的電力電纜采用調(diào)頻或調(diào)相等技術(shù)進行中高頻的信號傳遞，實現(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運行狀態(tài)、箱內(nèi)溫度等調(diào)制成高頻信號，通過一個或多個調(diào)制解調(diào)器將信號傳至監(jiān)控計算機。然而，目前國際標準的傳輸技術(shù)分為2種，分別為窄頻帶傳輸和寬頻帶傳輸，各個國家使用的標準不盡相同，給冷藏箱監(jiān)控系統(tǒng)的適應(yīng)性帶來了麻煩，同時也因其系統(tǒng)本身易受電網(wǎng)沖擊干擾，導致其穩(wěn)定性較差[3]。

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

2 冷藏箱管理系統(tǒng)架構(gòu)

冷藏箱管理系統(tǒng)實現(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)實現(xiàn)對冷藏箱的巡檢、插拔電指令的傳送；在中控系統(tǒng)中，實現(xiàn)對冷藏業(yè)務(wù)的操作和監(jiān)控，并提供異常警報和統(tǒng)計報表。

冷藏箱管理系統(tǒng)的本質(zhì)是對冷藏箱機組內(nèi)信息的顯示和控制。冷藏箱機組內(nèi)的信息通過下載電纜傳輸至數(shù)據(jù)接收端，由數(shù)據(jù)接收端通過信號線傳輸至主監(jiān)控模塊，再通過網(wǎng)絡(luò)電纜傳輸至中控系統(tǒng)后臺，連入數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中的信息可以直接與碼頭操作系統(tǒng)(terminal operation system，簡稱TOS)及管理系統(tǒng)通過接口交互；服務(wù)器端和客戶端人機界面可以直接顯示數(shù)據(jù)庫中的信息；管理工具可以訪問并修改數(shù)據(jù)庫、后臺通訊程序和人機界面的設(shè)置。冷藏箱管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)見圖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，該工程在堆場上布置冷藏箱機架共19個。冷藏箱自動化管理系統(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；每個冷藏箱機架均配置1臺交換機，通過光纜實現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)及遠程數(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、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控工作站等硬件組成。

1)主監(jiān)控模塊。冷藏箱自動化管理系統(tǒng)的主要模塊是一個集信息提取、處理、輸出為一體的主監(jiān)控模塊。每個主監(jiān)控模塊可采集多個冷藏箱的數(shù)據(jù)信息，面板上配置有對應(yīng)冷藏箱個數(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。

每個主監(jiān)控模塊具有獨立的MAC地址和IP地址，IP地址與每個模塊的安裝位置一一對應(yīng)[4]，存入中控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，以實現(xiàn)中控系統(tǒng)可以通過IP地址來識別每個冷藏箱的位置并區(qū)別他們。一般來說，每一個冷藏箱貨架都安裝有數(shù)個主監(jiān)控模塊，這些模塊通過網(wǎng)線和最近的接入點接入光纖網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與中控系統(tǒng)的通訊。

2)中繼接線盒。在冷藏箱自動化管理的硬件系統(tǒng)中，在主監(jiān)控模塊和冷藏箱的數(shù)據(jù)接口之間另有一個中繼接線盒。每個冷藏箱位均配置一個中繼接線盒，它們通過通訊電纜串聯(lián)在一起，以實現(xiàn)與冷藏箱的一一對應(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架式多層布置，主監(jiān)控模塊與最遠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)電纜的長度，既保證通訊強度，又降低造價。②中繼接線盒能夠在冷藏箱位閑置時保護通訊插頭。在實際生產(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存放通訊電纜的位置[5]，延長使用壽命。

4 冷藏箱管理系統(tǒng)通信方式

4.1 現(xiàn)場通訊

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

1)對通信數(shù)據(jù)編碼取代地址編碼使不同節(jié)點可以同時接收到相同的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)通信的實時性和可靠性；

2)當系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時，具有關(guān)閉輸出功能，確保總線上其他節(jié)點不受影響。

利用CAN總線技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)的方式如圖2所示。

圖2 冷藏箱管理系統(tǒng)現(xiàn)場總線布置

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

4.2 接口機制

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，同時連接系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，如圖3所示。

圖3 冷藏箱自動化管理系統(tǒng)接口機制

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)冷藏箱運行模式(除霜、制冷、加熱等)；

2)冷藏箱溫度(回風溫度、送風溫度、設(shè)定溫度)；

3)冷藏箱訂艙預設(shè)溫度(從外部文件獲得，可與實際設(shè)定溫度比對，不符合時產(chǎn)生報警)；

4)冷藏箱電壓和電流；

5)冷藏箱物理位置；

6)冷藏箱訂艙預設(shè)位置(從外部文件獲得，可與實際物理位置比對，不符合時產(chǎn)生報警)；

7)冷藏箱的品牌與型號。

在人機交互界面上，系統(tǒng)可以顯示碼頭冷藏箱的實際布局以及上述模式和狀態(tài)信息及報警編號，并自動對比冷藏箱的型號查詢，顯示該報警信號對應(yīng)的報警內(nèi)容。當一個冷藏箱接入時，系統(tǒng)可自動比對其預設(shè)溫度和當前設(shè)定溫度，如果差別超過某一溫度閾值，則顯示報警。除此之外，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中可存冷藏箱的歷史資料也可顯示成表格或圖表模式，確保人機界面友好，提高自動化管理效能。

6 結(jié)語

1)冷藏箱管理系統(tǒng)可采集豐富的冷藏箱運行模式和狀態(tài)信息，識別冷藏箱品牌和型號，實現(xiàn)不間斷監(jiān)控和現(xiàn)場無人化管理；

2)通過自動比對和報警功能，快速發(fā)現(xiàn)冷藏箱異常，大大降低人工管理成本和責任風險；

3)與碼頭操作系統(tǒng)實現(xiàn)交互，充分滿足自動化碼頭協(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、自動化管理需求，進一步確保貨物品質(zhì)，提高經(jīng)濟效益。