碼頭堆場冷藏集裝箱智能監(jiān)控系統(tǒng)設計

唐曉勇 黃瑞雪

碼頭堆場冷藏集裝箱（以下簡稱“冷藏箱”）通常裝載水果、藥品、凍肉、水產(chǎn)品、奶制品等高價值貨物，此類貨物對儲存溫度有較高要求。為了確保箱內(nèi)貨物完好無損，堆場工作人員需要不間斷地巡查冷藏箱工作狀態(tài)，包括箱內(nèi)溫度、冷機工作模式等。碼頭堆場冷藏箱巡查不僅耗費大量人力和物力，而且存在誤查、漏查的情況，在增加碼頭運營成本的同時還可能產(chǎn)生一定貨損風險。我國是全球最大的冷藏箱生產(chǎn)和使用國，也是冷藏箱運輸大國，擁有數(shù)量龐大的冷藏箱堆場。隨著智能時代的到來，以人工操作為主的冷藏箱堆場管理方式亟須改變，冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)應運而生，有效地改善了冷藏箱堆場運營過程中存在的各種問題。本文設計的碼頭堆場冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)包括冷藏箱管家主機（以下簡稱“主機”）、冷藏箱管家從機（以下簡稱“從機”）和后臺管理系統(tǒng)，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用不同網(wǎng)絡連接方式實現(xiàn)冷藏箱實時監(jiān)控，有助于提升碼頭堆場冷藏箱管理效率，加快港口智能化步伐。

1 碼頭堆場冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

碼頭堆場冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)由服務器、軟件解析程序、主機、從機、冷藏箱等組成。從機通過RS-232串口與冷藏箱冷機進行數(shù)據(jù)交互，采集數(shù)據(jù)后通過控制器局域網(wǎng)絡（controller area network， CAN）總線將數(shù)據(jù)發(fā)送至主機;主機通過以太網(wǎng)將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送至服務器，用戶可通過個人計算機（personal computer，PC）或手機實時在線檢測設備（見圖1）。如果有多個主機，則通過以太網(wǎng)連接到服務器，實現(xiàn)多場景實時智能監(jiān)控。目前市場上主流的冷藏箱冷機品牌有冷王、開利、大金和Star Cool等，碼頭堆場冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)必須實現(xiàn)與這四大品牌冷機通信。從機作為直接與冷藏箱冷機交互數(shù)據(jù)的設備，需要同時具備自動識別功能和數(shù)據(jù)讀取功能。主機和從機都具有藍牙功能，可以直接通過手機藍牙設置參數(shù)，從而避免現(xiàn)場開蓋操作，確保設備穩(wěn)定性和可靠性。

2 碼頭堆場冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)設計

2.1 主機設計

主機按照指定的通信協(xié)議將從機采集的數(shù)據(jù)打包發(fā)送至平臺服務器，也可以通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送至阿里云服務器。主機主要功能模塊包括：（1）藍牙通信，主要功能是與手機通信，顯示主機參數(shù)和從機工作狀態(tài)，便于現(xiàn)場安裝、調(diào)試及故障排查;（2）CAN總線通信，按照主機和從機的通信協(xié)議收發(fā)CAN通信數(shù)據(jù);（3）盲區(qū)數(shù)據(jù)存儲，當主機與服務器通信異常時，數(shù)據(jù)存儲至閃存芯片，待通信正常后補發(fā)至服務器按規(guī)范存儲;（4）參數(shù)配置，設備與手機通過藍牙連接后，用戶可以在手機端修改設備參數(shù)，如數(shù)據(jù)上報時間間隔、設備編號等;（5）以太網(wǎng)通信，設備與服務器按照終端通信協(xié)議通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù);（6）發(fā)光二極管（light-emitting diode，LED）指示燈，設備共有3路LED指示燈，分別對應工作指示、網(wǎng)絡通信指示和CAN通信指示;（7）調(diào)試口，為RS-232通信接口，用于配置設備參數(shù)、調(diào)試設備、打印輸出等。

為了保證主機設備的靈活性，主機設計可調(diào)的設備參數(shù)，存儲在設備的閃存芯片中，主要用于網(wǎng)絡通信、阿里云消息隊列遙測傳輸服務器連接、上報頻率設定等，設備上電時需要通過調(diào)試口打印輸出對應參數(shù)。主機設備參數(shù)包括設備編號、數(shù)據(jù)上報時間間隔、設備上報時間間隔、接入點名稱、設備注冊碼、設備秘鑰、盲區(qū)存儲區(qū)參數(shù)（包括讀地址、寫地址、盲區(qū)數(shù)據(jù)總數(shù)等）、通信波特率、服務器IP地址（包括以太網(wǎng)通信服務器IP地址、服務器端口號、本機IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)IP地址等）。

主機發(fā)送至服務器的數(shù)據(jù)見表1，其中：冷機類型指當前從機設備對接的冷機設備品牌，主要包括開利、冷王（MP3000/MP4000）、大金、Star Cool等;冷機工作模式指對應冷藏箱冷機當前工作模式，如除霜、加熱、待機、制冷等;冷機供電狀態(tài)提示冷機是否接入380 V交流電;冷機故障代碼指當前冷機工作故障代碼。主機指示燈狀態(tài)說明見表2。

2.2 從機設計

從機主要用于采集冷藏箱冷機相關(guān)數(shù)據(jù)，然后按照指定協(xié)議打包發(fā)送至主機。主機與從機之間采用CAN通信，從機與冷藏箱冷機之間采用RS-232串行通信，從機與手機之間采用藍牙通信。從機指示燈狀態(tài)說明見表3，從機的主要功能如下。

（1）冷機數(shù)據(jù)采集 從機通過RS-232接口與冷機通信，按照冷機通信協(xié)議獲取冷機數(shù)據(jù)，如冷藏箱箱號、故障代碼、冷機型號（通過協(xié)議區(qū)分）、工作模式、送風溫度、回風溫度、設置溫度、380 V電源接入狀態(tài)等。

（2）藍牙參數(shù)配置 從機通過藍牙與手機通信，顯示主機參數(shù)和從機工作狀態(tài)，并可通過藍牙配置參數(shù)。

（3）CAN通信 從機通過CAN總線與主機通信，向主機發(fā)送冷藏箱冷機數(shù)據(jù)，同時接收來自主機的數(shù)據(jù)，如應答數(shù)據(jù)、設備升級數(shù)據(jù)等。

（4）串口調(diào)試 從機調(diào)試口采用TTL通信，用于配置設備參數(shù)和輸出數(shù)據(jù)信息。

（5）盲區(qū)數(shù)據(jù)存儲 當從機與主機通信異常時，從機采集的數(shù)據(jù)需要存儲至閃存芯片中，待與主機通信正常后再將數(shù)據(jù)補發(fā)至主機。從機閃存芯片容量為8 MB，有效容量為1 MB，其中：設備參數(shù)存儲空間為10 kB，盲區(qū)存儲數(shù)據(jù)1 014 kB。按照每條數(shù)據(jù)存儲空間為34 B計算，從機最多可存儲條數(shù)據(jù)。

（6）380 V電源供電檢測 冷機接通380 V電源后，通過從機電路板上的特定接口檢測其轉(zhuǎn)換電壓：正常接電時該接口為高電平，失電時該接口為低電平。

2.3 軟件設計

軟件系統(tǒng)主要用于堆場冷藏箱管理和監(jiān)控，主要功能模塊（見圖2）如下。

（1）監(jiān)控中心 監(jiān)控中心主要展示堆場冷藏箱實時信息。某碼頭堆場冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控中心顯示的冷藏箱堆場分區(qū)排架及冷藏箱分布情況如圖3所示：每3排6列為1個排架分組，每個排架分組都有名稱（如第1個排架分組的名稱為“3E∶01”）;每個方格對應1個冷藏箱，白色方格表示箱位空置，灰色方格表示箱位有冷藏箱但無數(shù)據(jù)，綠色方格表示冷藏箱數(shù)據(jù)正常，紅色方格表示冷藏箱數(shù)據(jù)異常;點擊方格可查看該箱位冷藏箱詳情（見圖4）。

（2）堆場管理 堆場管理的主要功能包括場位、分區(qū)、貝位和箱位的展示、新增、編輯和刪除等。

（3）數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)字典的主要功能是字典字段的展示、新增、編輯和刪除等。

（4）系統(tǒng)管理 系統(tǒng)管理的功能包括查看、增加、編輯、刪除和鎖定系統(tǒng)用戶，查看、增加、編輯和刪除系統(tǒng)角色，查詢系統(tǒng)部門數(shù)據(jù)和授予對應的分區(qū)操作權(quán)限，以及查看、增加、編輯和刪除系統(tǒng)菜單等。

3 碼頭堆場冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)實施應用

3.1 安裝方式

冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)安裝于碼頭露天堆場，需要經(jīng)受風吹、雨淋、日曬，特別是大部分碼頭位于海邊高鹽霧區(qū)域，空氣中的水分對電路板、線纜的腐蝕較強;因此，冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)主機、從機外殼及線纜安裝都須嚴格遵循鹽霧區(qū)域相關(guān)規(guī)范要求。冷藏箱堆場通常建有3層或5層框架結(jié)構(gòu)，方便冷藏箱接電和檢修。冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)主機和從機安裝于該框架結(jié)構(gòu)的橫梁上，現(xiàn)場走線采取穿管處理方式（見圖5）。

3.2 網(wǎng)絡連接

（1）方式一：從機房拉光纖到冷藏箱堆場排架，利用光電轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互（見圖6）。

（2）方式二：在機房或辦公大樓建立本地基站，冷藏箱堆場現(xiàn)場通過主機連接到中繼器，通過中繼器實現(xiàn)與本地基站通信（見圖7）。

（3）方式三：通過無線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)辦公大樓與冷藏箱堆場之間的數(shù)據(jù)通信（見圖8）。

4 結(jié)束語

冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)在碼頭堆場的實施應用為港口碼頭提供全新的冷藏箱堆場智能管理解決方案，有利于提高碼頭堆場管理效率，減輕工作人員勞動強度，降低冷藏箱管理成本。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)推廣應用至寧波舟山港、欽州港和青島港，為加快港口智能化步伐作出貢獻。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-07-12）