智能港口設(shè)備控制系統(tǒng)集成開發(fā)技術(shù)研究

謝敬玲　孫佳隆

摘 要：本文首先介紹了常規(guī)集裝箱港口裝卸作業(yè)存在的問題，進而簡要分析了自動化港口設(shè)備控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用趨勢，主要研究了智能港口設(shè)備控制系統(tǒng)應(yīng)用的主流技術(shù)及先進方法，可為后續(xù)系統(tǒng)的科研開發(fā)提供理論基礎(chǔ)，最后闡述了智能化集裝箱碼頭在我國的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：集裝箱港口；設(shè)備控制系統(tǒng)；智能化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.137

1 研究背景

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，世界貿(mào)易的不斷加強，船舶越來越大型化，港口的物流裝配效率需要不斷提升，對集裝箱碼頭自然就提出了更高的要求[1]。如何大幅度減輕高技術(shù)人員短缺不足的壓力，提升裝卸作業(yè)的信息化程度；如何提升碼頭的生產(chǎn)安全性和工作環(huán)境，排除人力休息制度的影響，做到全天候24小時的裝配進度。減人提效就成為擺在各港口管理層面前的一個十分迫切需要解決的難題。

2 現(xiàn)狀分析

隨著科技的進步自動化碼頭應(yīng)運而生，自動化碼頭具有可靠性高、安全性高、效率高等優(yōu)勢，一名操控人員最多可以遠(yuǎn)程操控4-6臺岸橋或場橋設(shè)備進行裝卸作業(yè)，極大節(jié)省了人力資源投入。另一方面，自動化碼頭大多采用“高密度”集裝箱碼垛堆場，可以采用“堆四過五”甚至是“堆五過六”方式，大大提高了場地利用率，堆存容量增大，有效緩解碼頭的空間壓力。自動化碼頭已成為集裝箱碼頭發(fā)展新趨勢，其技術(shù)先進性的優(yōu)勢不斷顯現(xiàn)，加快自動化集裝箱碼頭的規(guī)劃與發(fā)展已經(jīng)成為了世界航運業(yè)界所達(dá)成的共識，而全自動化、智能化集裝箱碼頭也是繼自動化碼頭發(fā)展的新趨勢、新潮流[2]。

目前，國內(nèi)各自動化港口在設(shè)計布置、工藝、方案等方面不盡相同，大多是由設(shè)備集成方、控制系統(tǒng)提供方以及碼頭經(jīng)營方共同設(shè)計開發(fā)完成，在規(guī)劃設(shè)計與技術(shù)研究初期，必須進行針對性的方案對比、技術(shù)研究以及系統(tǒng)模擬、流程仿真等，才能在建設(shè)實施過程中做到高度一致，實現(xiàn)工藝先進化、投入最小化、產(chǎn)出最大化的自動化集裝箱碼頭[3]。

3 技術(shù)研究

3.1 WebService技術(shù)

WebService是一種跨編程語言和跨操作系統(tǒng)平臺的遠(yuǎn)程調(diào)用技術(shù)，其最大的優(yōu)勢是提供了異構(gòu)平臺的無縫銜接技術(shù)手段。服務(wù)端程序和客戶端程序可以基于不同的開發(fā)語言、在不同的操作系統(tǒng)上運行，而且可以實現(xiàn)從當(dāng)前服務(wù)器的一個程序調(diào)用到另外一臺服務(wù)器的一個對象，實現(xiàn)遠(yuǎn)程的調(diào)用。另外，WebService允許重用代碼背后的數(shù)據(jù)，通過組合已有模塊來搭建應(yīng)用程序，能大幅度提高軟件的生產(chǎn)效率和質(zhì)量[4]。

3.2 前后端分離模式

前后端分離是一種控制系統(tǒng)主流架構(gòu)模式，后端直接給前端提供接口，前端調(diào)用后端提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口。軟件開發(fā)前端專注界面層設(shè)計與渲染，后端專注于邏輯編程與調(diào)度算法設(shè)計就行。因此，建議開發(fā)團隊前期能完成前后端分離的組織與管理架構(gòu)，可以實現(xiàn)開發(fā)工作獨立化，讓開發(fā)人員各司其職，做到專注與專業(yè)，開發(fā)效率會大幅度提升。

3.3 基于OPC技術(shù)的數(shù)據(jù)監(jiān)控

OPC技術(shù)非常適用于港口流程控制方向，港口設(shè)備控制系統(tǒng)多采用典型的客戶端/服務(wù)器模式設(shè)計，基于OPC提出了一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，針對硬件設(shè)備的驅(qū)動程序，完成了具有統(tǒng)一OPC接口標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器程序，可以高效實現(xiàn)與硬件設(shè)備的通信。由于服務(wù)器中的硬盤存儲空間大，可以將PLC采集后的數(shù)據(jù)存儲到服務(wù)器中，這樣不但可以解決PLC存儲空間不足的問題，而且方便后期在服務(wù)器中對數(shù)據(jù)的邏輯運算與智能運維。

3.4 系統(tǒng)間SOCKET通訊

SOCKE傳輸是一種適合于客戶端和服務(wù)器端之間信息實時交互方式，傳輸數(shù)據(jù)速率快，性能高，而且數(shù)據(jù)可以加密處理，安全可靠。系統(tǒng)間采用Socket通訊數(shù)據(jù)交互方式，服務(wù)器提供數(shù)據(jù)服務(wù)，通過MAC地址和端口進行服務(wù)訪問，而客戶端通過連接服務(wù)器指定的端口進行數(shù)據(jù)消息交互。這種方式易于編程、容易控制權(quán)限，而且支持多種架構(gòu)，通用性比較強。

3.5 內(nèi)存數(shù)據(jù)庫Redis

Redis是一個開源的、高性能、C語言開發(fā)的、鍵值對存儲數(shù)據(jù)的NOSQL數(shù)據(jù)庫。Redis有著更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且提供對他們的原子性操作，而且其數(shù)據(jù)類型都是基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對于程序員而言非常的形象與直接；另外，在內(nèi)存性能方面Redis操作起來非常簡單，性能極高，可以實現(xiàn)很多內(nèi)部復(fù)雜性很強的運算。

4 總結(jié)與展望

智能化集裝箱碼頭已經(jīng)成為世界航運業(yè)后續(xù)發(fā)展趨勢，碼頭的智能化不僅僅是設(shè)備的無人化、自動化以及智能化的，未來先進智能碼頭的優(yōu)勢是管理策略與控制策略智能化的區(qū)別，碼頭控制系統(tǒng)可以幫助港口管理者快速、準(zhǔn)確、智能地判斷與決策，降低信息不對稱性的同時提高管理決策的質(zhì)量，智能化碼頭必定是一個集多種先進技術(shù)于一體的新生的科技產(chǎn)物。同時，伴隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、計算機技術(shù)在碼頭的廣泛應(yīng)用，相信很快將會迎來智能碼頭快速發(fā)展的新時代，洞悉其發(fā)展的技術(shù)趨勢與潛在規(guī)律，也有助于推動我國建設(shè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能化集裝箱碼頭。

參考文獻：

[1]趙建武.集裝箱自動化碼頭發(fā)展趨勢分析[J].科技新時代，2018（06）.

[2]周春華.自動化碼頭發(fā)展趨勢探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（16）：64-65.

[3]楊宇華.集裝箱自動化碼頭發(fā)展趨勢分析[J].中國工程機械學(xué)報，2015，12（06）：571-576.

[4]嚴(yán)林.AIX環(huán)境下基于gSOAP的Web Service客戶端開發(fā)[J].中國金融電腦，2017，7（07）：70-74.

作者簡介：謝敬玲（1985-），女，天津人，本科，助理工程師，主要從事工廠智能化系統(tǒng)與裝備方向的研究。