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摘要：本文提出了一種基于GPRS網絡的港口門機風速信息采集系統設計原理和實現方案，簡要介紹了針對港口集裝箱大型門座式起重機（簡稱門機）掛接風速報警儀，通過GPRS無線通訊網絡，實現遠程無線監控的方法以及GPRS技術的基本知識，通過實際測試、應用，獲得了理想的效果。

關鍵詞： GPRS；DTU；門機；風速儀；報警數據；傳輸；

一、前言

起重機作為一種高聳結構，對風速的影響十分敏感。尤其是近年來，起重機數量增多，高度增加，風致振動影響愈來愈多，風毀事故也時有發生。因風速過高導致振動引起箱形矩形截面拉桿斷裂或者拉桿斷裂事故，嚴重影響了港口的正常工作，造成極大的經濟損失。由于門機處于碼頭前沿工作，其迎風面積大，風力作用中心高，重心高，極易引起風振，造成事故。隨著國際貿易的發展，集裝箱運量激增，門機不斷朝著大型化、高效化方向發展，對風致振動更為敏感。因此有必要對風速進行檢測，防止出現上述事故發生。

原有港口門機信息采集網絡建設較早，設備性能低、線路速度低、時延長，已很難滿足風速資料傳輸的要求，很難滿足進行數據綜合傳輸的需求；因此，構建一個更完善、更快捷、更安全的廣域網絡平臺迫在眉睫。該廣域網不僅要在速度、容量上完全滿足需求；而且需要將原本松散的網絡從規格、管理軟件、安全防護等方面進行整合和統一。并且還需要具有可擴展性，未來可以方便地進行升級。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網絡來實現。

二、GPRS網絡簡介

GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，它是以數據流量計費、覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業和企業用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。

GPRS網絡優點：

1、數據傳輸速率高。每個氣象信息采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統數據傳輸速率(≥10Kbps)的需求。

2、系統的傳輸容量大。氣象中心站要和每一個氣象信息采集點實現實時連接。由于氣象信息采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

3、通信費用低。采用傳統的有線方式建立港口門機信息采集傳輸系統，必須租用專線或電話線進行連接。由于氣象信息采集點必須與中心隨時保持連線狀態，而每次數據發送的數據量很小(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采用按數據流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在200元之內。

4、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

三、系統概述

鑒于港務各部門的特殊可靠性要求，港口門機信息采集系統在總體建設上采用業務與網絡分層構建、逐層保護的指導原則，利用寬帶IP（動態域名解析）＋GPRS無線網絡技術，保證網絡的互聯互通性，提供具有一定QOS的帶寬保證，所采用的設備以及網絡構架都具有良好可擴展性，可以根據后續發展的需求，在不改變現有組網方案的情況下，通過增加GPRS DTU設備，實現遠程無線數據傳輸功能。

港口門機信息采集系統的網絡設計采用星型結構，在省局中心、地、州、市級港務局和港口各設立核心節點。另外，考慮到網絡還可用來承載港務OA系統的需求，所以中心設備能很好的保障網絡在未來幾年的先進性和可擴展性。例如，未來到各地市的帶寬擴展到2個2M或者更多，此時只需要通過專線升級方式即可。

各門機風速采集點采用GPRS DTU設備接入，將采集到的各種數據通過GPRS網絡及時的送到各個數據中心，實現快速、穩定、可靠的網絡構建。

該方案的建設既能實現信息化辦公，也實現了安全互聯互通、指揮調度、信息共享，端到端的高可靠性設計是本方案建設的特色，具體表現在以下兩個方面:

1、設備級的可靠性：在設計中，通過選擇具備高可靠性設計的網絡設備，減少設備故障率，提高網絡可靠性。設備本身的可靠性是決定整個網絡系統可靠性的主要因素。特別是采集點的GPRS設備，更是整個系統業務正常運行的重要保障。本次選取的GPRS DTU設備具有高可靠性，通過了國家標準的EMC抗干擾測試，在設備級充分保障了網絡可靠性。

2、互連線路的備份設計：每個節點與其他節點間通過多條線路連接，避免單路故障，提高網絡路徑冗余。

四、系統構建拓撲

五、系統架構

門機風速報警儀

本儀器是根據:（1）建設部《塔機設計規范標準JB9462—88》技術要求4.1.2.1條“在起重機的最大安裝高度工作時，風速不大于20m/s。整體架設爬升或頂升操作風速不大于13m/s。”和4.5.6條“對臂架根部全交點超過50m的起重機應在頂部裝設風速儀。”（2）旅游局對客運架空索道安全規范有關異常氣候情況的運營規定“最大瞬時風速超過15m/s時，必須停止運營”的規定設計制造的。

風速報警儀由微處理器和高動態特性的測風傳感器組成，可觀測大氣中的瞬時風速和以及二分鐘，十分鐘平均風速，具有風速報警設定和報警輸出控制功能；

采用雙屏顯示輸出，風速顯示采用高亮LED數碼管顯示，觀察距離遠，并適合于光線較暗和夜間使用，參數設定采用圖形液晶LCD顯示，人機界面友好；

自帶聲光報警器，風速超限時報警器發出聲光報警；

提醒操作人員注意安全；

具有RS485通訊口，可與計算機聯接通訊。

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，風速測量準確，數字顯示直觀清晰, 是大中型建筑塔機、起重機械、吊籃和索道纜車等操作安全保障不可缺少的風速檢測儀器。

技術性能指標

• 起動風速：<0.4m/s
• 測量范圍：0.4～70m/s
• 分辨率：0.1m/s
• 測量精度：0.4+2%×實際風速
• 采樣時間：3秒
• 顯示：雙屏顯示，高亮數碼管顯示風速（m/s），液晶屏顯示菜單
• 報警方式：聲光報警
• 電源：220VAC 50Hz
• 使用環境： 主機  溫度：－10～50℃；濕度：20%～90%RH；                 探頭  溫度：－22℃～＋50℃
• 輸出容量：控制繼電器觸點容量5A 220VAC

風力(風速)等級表

GPRS數據傳輸終端

本系統GPRS數據傳輸終端采用廈門藍斯通信有限公司LZ713C GPRS DTU，通過DTU實現監控中心主站與監控終端的通訊。DTU功能與特點如下：

²        使用低功耗高性能的CPU 做處理器，32位內部數據總線，2MKBSRAM，4MKBFLASH

²        采用Siemens公司高性能工業級GPRS模塊Mc39i

²        內嵌TCP/IP協議棧

²        數據終端永遠在線

²        透明數據傳輸與協議轉換

²        支持虛擬數據專用網(APN)

²        支持數據中心動態域名和IP地址訪問

²        在全透明方式下可同時向多中心發送數據

²        系統配置和維護接口

²        支持串口軟件升級和遠程維護

²        EMC抗干擾設計，適合電磁環境惡劣的應用需求

²        采用先進電源技術，供電電源適應范圍寬

港務中心系統

A、操作系統

該系統的特點可分為兩類：實時監控和數據管理：

（1）實時監測

① 自動收集和認可從遠程井口微型計算機傳輸來的數據，每臺門機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，可自動進行電話撥號；

④ 調制解調器電話通信處理程序通過安全密碼可進入計算機系統，通過第二級安全密碼可得到單個港口門機資料。

（2）數據庫管理

① 風速儀和報警數據按時間、日期和所在門機存儲。

② 根據報警數據的緊急程度和認可情況排定報警數據的優先次序。每臺門機的報警資料單獨存儲。

③ 存儲歷史數據，并使這些數據在線保留時間約1個月。

④ 計劃數據收集時間和間隔；計劃數據記錄時間和間隔；密碼賦值；設定報警優先等級和報警記錄的電話號碼。

現場操作人員和用戶通過一系列菜單和屏幕顯示與系統對話。不僅能得到歷史數據，而且還可得到現時數據。

B、用戶網絡化管理

系統的設計可使現場操作人員和處于遠方的技術工程師通過一系列菜單顯示得到存儲在港務中心的數據。

六、總結

建成后的整個港口GPRS信息采集系統實現了互聯互通與共享，為港務信息管理體系的完善打下了堅實的基礎，同時也將在減災、防范、故障處理等諸多方面發揮著重要的作用。