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(fēng)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(yīng)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(shè)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(luò)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(wù)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(luò)（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(wù)器，用戶可通過個人計算機（personal computer，PC）或手機實時在線檢測設(shè)備（見圖1）。如果有多個主機，則通過以太網(wǎng)連接到服務(wù)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(shè)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(shè)置參數(shù)，從而避免現(xiàn)場開蓋操作，確保設(shè)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(shè)計

2.1 主機設(shè)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(wù)器，也可以通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至阿里云服務(wù)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(dāng)主機與服務(wù)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(wù)器按規(guī)范存儲;（4）參數(shù)配置，設(shè)備與手機通過藍牙連接后，用戶可以在手機端修改設(shè)備參數(shù)，如數(shù)據(jù)上報時間間隔、設(shè)備編號等;（5）以太網(wǎng)通信，設(shè)備與服務(wù)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(shè)備共有3路LED指示燈，分別對應(yīng)工作指示、網(wǎng)絡(luò)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(shè)備參數(shù)、調(diào)試設(shè)備、打印輸出等。

為了保證主機設(shè)備的靈活性，主機設(shè)計可調(diào)的設(shè)備參數(shù)，存儲在設(shè)備的閃存芯片中，主要用于網(wǎng)絡(luò)通信、阿里云消息隊列遙測傳輸服務(wù)器連接、上報頻率設(shè)定等，設(shè)備上電時需要通過調(diào)試口打印輸出對應(yīng)參數(shù)。主機設(shè)備參數(shù)包括設(shè)備編號、數(shù)據(jù)上報時間間隔、設(shè)備上報時間間隔、接入點名稱、設(shè)備注冊碼、設(shè)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(wù)器IP地址（包括以太網(wǎng)通信服務(wù)器IP地址、服務(wù)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(wù)器的數(shù)據(jù)見表1，其中：冷機類型指當(dāng)前從機設(shè)備對接的冷機設(shè)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(yīng)冷藏箱冷機當(dāng)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(dāng)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(shè)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(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、設(shè)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(yīng)答數(shù)據(jù)、設(shè)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(shè)備參數(shù)和輸出數(shù)據(jù)信息。

（5）盲區(qū)數(shù)據(jù)存儲 當(dāng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fēng)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(luò)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(yīng)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(yīng)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）