港口門機(jī)風(fēng)速信息GPRS采集系統(tǒng)
摘要：本文提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的港口門機(jī)風(fēng)速信息采集系統(tǒng)設(shè)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(jī)（簡稱門機(jī)）掛接風(fēng)速報警儀，通過GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)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(yīng)用，獲得了理想的效果。
關(guān)鍵詞： GPRS；DTU；門機(jī)；風(fēng)速儀；報警數(shù)據(jù)；傳輸；
起重機(jī)作為一種高聳結(jié)構(gòu)，對風(fēng)速的影響十分敏感。尤其是近年來，起重機(jī)數(shù)量增多，高度增加，風(fēng)致振動影響愈來愈多，風(fēng)毀事故也時有發(fā)生。因風(fēng)速過高導(dǎo)致振動引起箱形矩形截面拉桿斷裂或者拉桿斷裂事故，嚴(yán)重影響了港口的正常工作，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。由于門機(jī)處于碼頭前沿工作，其迎風(fēng)面積大，風(fēng)力作用中心高，重心高，極易引起風(fēng)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(jī)不斷朝著大型化、高效化方向發(fā)展，對風(fēng)致振動更為敏感。因此有必要對風(fēng)速進(jìn)行檢測，防止出現(xiàn)上述事故發(fā)生。
原有港口門機(jī)信息采集網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較早，設(shè)備性能低、線路速度低、時延長，已很難滿足風(fēng)速資料傳輸?shù)囊?，很難滿足進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合傳輸?shù)男枨?；因此，?gòu)建一個更完善、更快捷、更安全的廣域網(wǎng)絡(luò)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(luò)從規(guī)格、管理軟件、安全防護(hù)等方面進(jìn)行整合和統(tǒng)一。并且還需要具有可擴(kuò)展性，未來可以方便地進(jìn)行升級。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。
二、GPRS網(wǎng)絡(luò)簡介
GPRS是目前解決移動通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，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(chǔ)設(shè)施平臺，為推動移動辦公的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(jī)信息采集傳輸系統(tǒng)，必須租用專線或電話線進(jìn)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(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)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。
鑒于港務(wù)各部門的特殊可靠性要求，港口門機(jī)信息采集系統(tǒng)在總體建設(shè)上采用業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)分層構(gòu)建、逐層保護(hù)的指導(dǎo)原則，利用寬帶IP（動態(tài)域名解析）＋GPRS無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通性，提供具有一定QOS的帶寬保證，所采用的設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架都具有良好可擴(kuò)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(shè)備，實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸功能。
港口門機(jī)信息采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用星型結(jié)構(gòu)，在省局中心、地、州、市級港務(wù)局和港口各設(shè)立核心節(jié)點。另外，考慮到網(wǎng)絡(luò)還可用來承載港務(wù)OA系統(tǒng)的需求，所以中心設(shè)備能很好的保障網(wǎng)絡(luò)在未來幾年的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。例如，未來到各地市的帶寬擴(kuò)展到2個
各門機(jī)風(fēng)速采集點采用GPRS DTU設(shè)備接入，將采集到的各種數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)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(luò)構(gòu)建。
該方案的建設(shè)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(shè)計是本方案建設(shè)的特色，具體表現(xiàn)在以下兩個方面:
1、設(shè)備級的可靠性：在設(shè)計中，通過選擇具備高可靠性設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，減少設(shè)備故障率，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。設(shè)備本身的可靠性是決定整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性的主要因素。特別是采集點的GPRS設(shè)備，更是整個系統(tǒng)業(yè)務(wù)正常運行的重要保障。本次選取的GPRS DTU設(shè)備具有高可靠性，通過了國家標(biāo)準(zhǔn)的EMC抗干擾測試，在設(shè)備級充分保障了網(wǎng)絡(luò)可靠性。
2、互連線路的備份設(shè)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(luò)路徑冗余。
門機(jī)風(fēng)速報警儀
本儀器是根據(jù):（1）建設(shè)部《塔機(jī)設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)JB9462—88》技術(shù)要求
風(fēng)速報警儀由微處理器和高動態(tài)特性的測風(fēng)傳感器組成，可觀測大氣中的瞬時風(fēng)速和以及二分鐘，十分鐘平均風(fēng)速，具有風(fēng)速報警設(shè)定和報警輸出控制功能；
采用雙屏顯示輸出，風(fēng)速顯示采用高亮LED數(shù)碼管顯示，觀察距離遠(yuǎn)，并適合于光線較暗和夜間使用，參數(shù)設(shè)定采用圖形液晶LCD顯示，人機(jī)界面友好；
自帶聲光報警器，風(fēng)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(jī)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(fēng)速測量準(zhǔn)確，數(shù)字顯示直觀清晰, 是大中型建筑塔機(jī)、起重機(jī)械、吊籃和索道纜車等操作安全保障不可缺少的風(fēng)速檢測儀器。
技術(shù)性能指標(biāo)
- 起動風(fēng)速：<
- 測量范圍：0.4～70m/s
- 分辨率：
- 測量精度：0.4+2%×實際風(fēng)速
- 采樣時間：3秒
- 顯示：雙屏顯示，高亮數(shù)碼管顯示風(fēng)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(jī) 溫度：－10～50℃；濕度：20%～90%RH； 探頭 溫度：－22℃～＋
- 輸出容量：控制繼電器觸點容量
風(fēng)力(風(fēng)速)等級表
等級 | 名稱 | 陸地上地物特征 | 風(fēng)速(米/秒) |
0 | 無風(fēng) | 靜煙直上。 | 0.0—0.2 |
1 | 軟風(fēng) | 煙能表示風(fēng)向,樹葉略有搖動。 | 0.3—1.5 |
2 | 輕風(fēng) | 人面感覺有風(fēng),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(fēng) | 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(fēng) | 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(fēng) | 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(qiáng)風(fēng) | 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(fēng) | 全樹搖動，大樹枝彎下來，迎風(fēng)步行感覺不便。 | 13.9—17.1 |
8 | 大風(fēng) | 可折毀小樹枝，人迎風(fēng)前行感覺阻力很大。 | 17.2—20.7 |
9 | 烈風(fēng) | 草房遭受破壞，屋瓦被掀起，大樹枝可折斷。 | 20.8—24.4 |
10 | 狂風(fēng) | 樹木可被吹倒，一般建筑物遭破壞。 | 24.5—28.4 |
11 | 暴風(fēng) | 大樹可被吹倒，一般建筑物遭嚴(yán)重破壞。 | 28.5—32.6 |
12 | 颶風(fēng) | 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(lán)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(yuǎn)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?jǐn)?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(hù)接口
² 支持串口軟件升級和遠(yuǎn)程維護(hù)
² EMC抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求
² 采用先進(jìn)電源技術(shù)，供電電源適應(yīng)范圍寬
港務(wù)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(rèn)可從遠(yuǎn)程井口微型計算機(jī)傳輸來的數(shù)據(jù)，每臺門機(jī)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(jìn)行電話撥號；
④
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