蓝斯通信港口门机风速信息GPRS采集系统方案

摘要：本文提出了一种基于GPRS网络的港口门机风速信息采集系统设计原理和实现方案，简要介绍了针对港口集装箱大型门座式起重机（简称门机）挂接风速报警仪，通过GPRS无线通讯网络，实现远程无线监控的方法以及GPRS技术的基本知识，通过实际测试、应用，获得了理想的效果。
   关键词： GPRS；DTU；门机；风速仪；报警数据；传输；
   
一、前言
       起重机作为一种高耸结构，对风速的影响十分敏感。尤其是近年来，起重机数量增多，高度增加，风致振动影响愈来愈多，风毁事故也时有发生。因风速过高导致振动引起箱形矩形截面拉杆断裂或者拉杆断裂事故，严重影响了港口的正常工作，造成极大的经济损失。由于门机处于码头前沿工作，其迎风面积大，风力作用中心高，重心高，极易引起风振，造成事故。随着国际贸易的发展，集装箱运量激增，门机不断朝着大型化、高效化方向发展，对风致振动更为敏感。因此有必要对风速进行检测，防止出现上述事故发生。
     
     原有港口门机信息采集网络建设较早，设备性能低、线路速度低、时延长，已很难满足风速资料传输的要求，很难满足进行数据综合传输的需求；因此，构建一个更完善、更快捷、更安全的广域网络平台迫在眉睫。该广域网不仅要在速度、容量上完全满足需求；而且需要将原本松散的网络从规格、管理软件、安全防护等方面进行整合和统一。并且还需要具有可扩展性，未来可以方便地进行升级。而以上的这些不足都可以通过GPRS无线网络来实现。
     
二、GPRS网络简介
     
     GPRS是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS的推出，为行业和企业用户开展无线办公提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比，GPRS网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。GPRS的出现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。
     
GPRS网络优点：
     
     1、数据传输速率高。每个气象信息采集点每次数据传输量在10Kbps之内，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。
     
     2、系统的传输容量大。气象中心站要和每一个气象信息采集点实现实时连接。由于气象信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
     
     3、通信费用低。采用传统的有线方式建立港口门机信息采集传输系统，必须租用专线或电话线进行连接。由于气象信息采集点必须与中心随时保持连线状态，而每次数据发送的数据量很小（在几K至10K之间），线路资源利用率很低，平均每一个气象信息采集点每月的线路费用为800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按数据流量计费的方式，资源利用率高，月通信费用将在200元之内。
     
     4、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
     
三、系统概述
     
     鉴于港务各部门的特殊可靠性要求，港口门机信息采集系统在总体建设上采用业务与网络分层构建、逐层保护的指导原则，利用宽带IP（动态域名解析）＋GPRS无线网络技术，保证网络的互联互通性，提供具有一定QOS的带宽保证，所采用的设备以及网络构架都具有良好可扩展性，可以根据后续发展的需求，在不改变现有组网方案的情况下，通过增加GPRS DTU设备，实现远程无线数据传输功能。
     
     港口门机信息采集系统的网络设计采用星型结构，在省局中心、地、州、市级港务局和港口各设立核心节点。另外，考虑到网络还可用来承载港务OA系统的需求，所以中心设备能很好的保障网络在未来几年的先进性和可扩展性。例如，未来到各地市的带宽扩展到2个2M或者更多，此时只需要通过专线升级方式即可。
     
     各门机风速采集点采用GPRS DTU设备接入，将采集到的各种数据通过GPRS网络及时的送到各个数据中心，实现快速、稳定、可靠的网络构建。
     
     该方案的建设既能实现信息化办公，也实现了安全互联互通、指挥调度、信息共享，端到端的高可靠性设计是本方案建设的特色，具体表现在以下两个方面:
     
     1、设备级的可靠性：在设计中，通过选择具备高可靠性设计的网络设备，减少设备故障率，提高网络可靠性。设备本身的可靠性是决定整个网络系统可靠性的主要因素。特别是采集点的GPRS设备，更是整个系统业务正常运行的重要保障。本次选取的GPRS DTU设备具有高可靠性，通过了国家标准的EMC抗干扰测试，在设备级充分保障了网络可靠性。
     
     2、互连线路的备份设计：每个节点与其他节点间通过多条线路连接，避免单路故障，提高网络路径冗余。
     
四、系统构建拓扑
     
     
五、系统架构
     

     
门机风速报警仪
     
     本仪器是根据:（1）建设部《塔机设计规范标准JB9462—88》技术要求4.1.2.1条“在起重机的最大安装高度工作时，风速不大于20m/s。整体架设爬升或顶升操作风速不大于13m/s。”和4.5.6条“对臂架根部全交点超过50m的起重机应在顶部装设风速仪。”（2）旅游局对客运架空索道安全规范有关异常气候情况的运营规定“最大瞬时风速超过15m/s时，必须停止运营”的规定设计制造的。
     
     风速报警仪由微处理器和高动态特性的测风传感器组成，可观测大气中的瞬时风速和以及二分钟，十分钟平均风速，具有风速报警设定和报警输出控制功能；
     
     采用双屏显示输出，风速显示采用高亮LED数码管显示，观察距离远，并适合于光线较暗和夜间使用，参数设定采用图形液晶LCD显示，人机界面友好；
     
     自带声光报警器，风速超限时报警器发出声光报警；
     
     提醒操作人员注意安全；
     
     具有RS485通讯口，可与计算机联接通讯。
     
     仪器采用挂壁式防水箱体，安装方便，占用空间小，可靠性高；
     
     仪器的特点是重量轻，安装使用方便，风速测量准确，数字显示直观清晰, 是大中型建筑塔机、起重机械、吊篮和索道缆车等操作安全保障不可缺少的风速检测仪器。
         
技术性能指标
     
     起动风速：<0.4m/s
     测量范围：0.4～70m/s
     分辨率：0.1m/s
     测量精度：0.4+2%×实际风速
     采样时间：3秒
     显示：双屏显示，高亮数码管显示风速（m/s），液晶屏显示菜单
     报警方式：声光报警
     电源：220VAC 50Hz
     使用环境： 主机  温度：－10～50℃；湿度：20%～90%RH；                 
     探头  温度：－22℃～＋50℃
     输出容量：控制继电器触点容量5A 220VAC
     

     
     GPRS数据传输终端
     
     本系统GPRS数据传输终端采用厦门蓝斯通信有限公司LZ713C GPRS DTU，通过DTU实现监控中心主站与监控终端的通讯。DTU功能与特点如下：
     
     使用低功耗高性能的CPU 做处理器，32位内部数据总线，2MKBSRAM，4MKBFLASH
     
     采用Siemens公司高性能工业级GPRS模块Mc39i
     
     内嵌TCP/IP协议栈
       数据终端永远在线
     
     透明数据传输与协议转换
     
     支持虚拟数据专用网（APN）
     
     支持数据中心动态域名和IP地址访问
     
     在全透明方式下可同时向多中心发送数据
     
     系统配置和维护接口
     
     支持串口软件升级和远程维护
     
     EMC抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求
     
     采用先进电源技术，供电电源适应范围宽
   港务中心系统
     
     A、操作系统
     
     该系统的特点可分为两类：实时监控和数据管理：
     
（1）实时监测
     
     ① 自动收集和认可从远程井口微型计算机传输来的数据，每台门机有其自己的识别特征；
     
     ② 自动检查错误，如果需要还可重新传输；
       ③ 在收到任何级别的警报时，可自动进行电话拨号；
     
     ④ 调制解调器电话通信处理程序通过安全密码可进入计算机系统，通过第二级安全密码可得到单个港口门机资料。
     
（2）数据库管理
     
     ① 风速仪和报警数据按时间、日期和所在门机存储。
     
     ② 根据报警数据的紧急程度和认可情况排定报警数据的优先次序。每台门机的报警资料单独存储。
     
     ③ 存储历史数据，并使这些数据在线保留时间约1个月。
     
     ④ 计划数据收集时间和间隔；计划数据记录时间和间隔；密码赋值；设定报警优先等级和报警记录的电话号码。
     
     现场操作人员和用户通过一系列菜单和屏幕显示与系统对话。不仅能得到历史数据，而且还可得到现时数据。
     
     B、用户网络化管理
       系统的设计可使现场操作人员和处于远方的技术工程师通过一系列菜单显示得到存储在港务中心的数据。
     
六、总结
     
     建成后的整个港口GPRS信息采集系统实现了互联互通与共享，为港务信息管理体系的完善打下了坚实的基础，同时也将在减灾、防范、故障处理等诸多方面发挥着重要的作用。