唐曉勇 黃瑞雪

碼頭堆場(chǎng)冷藏集裝箱（以下簡(jiǎn)稱“冷藏箱”）通常裝載水果、藥品、凍肉、水產(chǎn)品、奶制品等高價(jià)值貨物，此類貨物對(duì)儲(chǔ)存溫度有較高要求。為了確保箱內(nèi)貨物完好無(wú)損，堆場(chǎng)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(jī)工作模式等。碼頭堆場(chǎng)冷藏箱巡查不僅耗費(fèi)大量人力和物力，而且存在誤查、漏查的情況，在增加碼頭運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí)還可能產(chǎn)生一定貨損風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)是全球最大的冷藏箱生產(chǎn)和使用國(guó)，也是冷藏箱運(yùn)輸大國(guó)，擁有數(shù)量龐大的冷藏箱堆場(chǎng)。隨著智能時(shí)代的到來(lái)，以人工操作為主的冷藏箱堆場(chǎng)管理方式亟須改變，冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，有效地改善了冷藏箱堆場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在的各種問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)的碼頭堆場(chǎng)冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)包括冷藏箱管家主機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“主機(jī)”）、冷藏箱管家從機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“從機(jī)”）和后臺(tái)管理系統(tǒng)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用不同網(wǎng)絡(luò)連接方式實(shí)現(xiàn)冷藏箱實(shí)時(shí)監(jiān)控，有助于提升碼頭堆場(chǎng)冷藏箱管理效率，加快港口智能化步伐。

1 碼頭堆場(chǎng)冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

碼頭堆場(chǎng)冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)由服務(wù)器、軟件解析程序、主機(jī)、從機(jī)、冷藏箱等組成。從機(jī)通過(guò)RS-232串口與冷藏箱冷機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，采集數(shù)據(jù)后通過(guò)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(jī);主機(jī)通過(guò)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(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer，PC）或手機(jī)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)設(shè)備（見(jiàn)圖1）。如果有多個(gè)主機(jī)，則通過(guò)以太網(wǎng)連接到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景實(shí)時(shí)智能監(jiān)控。目前市場(chǎng)上主流的冷藏箱冷機(jī)品牌有冷王、開(kāi)利、大金和Star Cool等，碼頭堆場(chǎng)冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)與這四大品牌冷機(jī)通信。從機(jī)作為直接與冷藏箱冷機(jī)交互數(shù)據(jù)的設(shè)備，需要同時(shí)具備自動(dòng)識(shí)別功能和數(shù)據(jù)讀取功能。主機(jī)和從機(jī)都具有藍(lán)牙功能，可以直接通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙設(shè)置參數(shù)，從而避免現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)蓋操作，確保設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性。

2 碼頭堆場(chǎng)冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)設(shè)計(jì)

主機(jī)按照指定的通信協(xié)議將從機(jī)采集的數(shù)據(jù)打包發(fā)送至平臺(tái)服務(wù)器，也可以通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至阿里云服務(wù)器。主機(jī)主要功能模塊包括：（1）藍(lán)牙通信，主要功能是與手機(jī)通信，顯示主機(jī)參數(shù)和從機(jī)工作狀態(tài)，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試及故障排查;（2）CAN總線通信，按照主機(jī)和從機(jī)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(chǔ)，當(dāng)主機(jī)與服務(wù)器通信異常時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至閃存芯片，待通信正常后補(bǔ)發(fā)至服務(wù)器按規(guī)范存儲(chǔ);（4）參數(shù)配置，設(shè)備與手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙連接后，用戶可以在手機(jī)端修改設(shè)備參數(shù)，如數(shù)據(jù)上報(bào)時(shí)間間隔、設(shè)備編號(hào)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(guò)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(duì)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(jī)設(shè)備的靈活性，主機(jī)設(shè)計(jì)可調(diào)的設(shè)備參數(shù)，存儲(chǔ)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(duì)列遙測(cè)傳輸服務(wù)器連接、上報(bào)頻率設(shè)定等，設(shè)備上電時(shí)需要通過(guò)調(diào)試口打印輸出對(duì)應(yīng)參數(shù)。主機(jī)設(shè)備參數(shù)包括設(shè)備編號(hào)、數(shù)據(jù)上報(bào)時(shí)間間隔、設(shè)備上報(bào)時(shí)間間隔、接入點(diǎn)名稱、設(shè)備注冊(cè)碼、設(shè)備秘鑰、盲區(qū)存儲(chǔ)區(qū)參數(shù)（包括讀地址、寫(xiě)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(hào)、本機(jī)IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)IP地址等）。

主機(jī)發(fā)送至服務(wù)器的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，其中：冷機(jī)類型指當(dāng)前從機(jī)設(shè)備對(duì)接的冷機(jī)設(shè)備品牌，主要包括開(kāi)利、冷王（MP3000/MP4000）、大金、Star Cool等;冷機(jī)工作模式指對(duì)應(yīng)冷藏箱冷機(jī)當(dāng)前工作模式，如除霜、加熱、待機(jī)、制冷等;冷機(jī)供電狀態(tài)提示冷機(jī)是否接入380 V交流電;冷機(jī)故障代碼指當(dāng)前冷機(jī)工作故障代碼。主機(jī)指示燈狀態(tài)說(shuō)明見(jiàn)表2。

2.2 從機(jī)設(shè)計(jì)

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

（1）冷機(jī)數(shù)據(jù)采集 從機(jī)通過(guò)RS-232接口與冷機(jī)通信，按照冷機(jī)通信協(xié)議獲取冷機(jī)數(shù)據(jù)，如冷藏箱箱號(hào)、故障代碼、冷機(jī)型號(hào)（通過(guò)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(lán)牙參數(shù)配置 從機(jī)通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)通信，顯示主機(jī)參數(shù)和從機(jī)工作狀態(tài)，并可通過(guò)藍(lán)牙配置參數(shù)。

（3）CAN通信 從機(jī)通過(guò)CAN總線與主機(jī)通信，向主機(jī)發(fā)送冷藏箱冷機(jī)數(shù)據(jù)，同時(shí)接收來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù)，如應(yīng)答數(shù)據(jù)、設(shè)備升級(jí)數(shù)據(jù)等。

（4）串口調(diào)試 從機(jī)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(chǔ) 當(dāng)從機(jī)與主機(jī)通信異常時(shí)，從機(jī)采集的數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)至閃存芯片中，待與主機(jī)通信正常后再將數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)至主機(jī)。從機(jī)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(chǔ)空間為10 kB，盲區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)1 014 kB。按照每條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為34 B計(jì)算，從機(jī)最多可存儲(chǔ)條數(shù)據(jù)。

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

2.3 軟件設(shè)計(jì)

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

（1）監(jiān)控中心 監(jiān)控中心主要展示堆場(chǎng)冷藏箱實(shí)時(shí)信息。某碼頭堆場(chǎng)冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控中心顯示的冷藏箱堆場(chǎng)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(gè)排架分組，每個(gè)排架分組都有名稱（如第1個(gè)排架分組的名稱為“3E∶01”）;每個(gè)方格對(duì)應(yīng)1個(gè)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(wú)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(diǎn)擊方格可查看該箱位冷藏箱詳情（見(jiàn)圖4）。

（2）堆場(chǎng)管理 堆場(chǎng)管理的主要功能包括場(chǎng)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(duì)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(chǎng)冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)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(chǎng)，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(duì)電路板、線纜的腐蝕較強(qiáng);因此，冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)、從機(jī)外殼及線纜安裝都須嚴(yán)格遵循鹽霧區(qū)域相關(guān)規(guī)范要求。冷藏箱堆場(chǎng)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(jī)和從機(jī)安裝于該框架結(jié)構(gòu)的橫梁上，現(xiàn)場(chǎng)走線采取穿管處理方式（見(jiàn)圖5）。

3.2 網(wǎng)絡(luò)連接

（1）方式一：從機(jī)房拉光纖到冷藏箱堆場(chǎng)排架，利用光電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互（見(jiàn)圖6）。

（2）方式二：在機(jī)房或辦公大樓建立本地基站，冷藏箱堆場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)主機(jī)連接到中繼器，通過(guò)中繼器實(shí)現(xiàn)與本地基站通信（見(jiàn)圖7）。

（3）方式三：通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)辦公大樓與冷藏箱堆場(chǎng)之間的數(shù)據(jù)通信（見(jiàn)圖8）。

4 結(jié)束語(yǔ)

冷藏箱智能監(jiān)控系統(tǒng)在碼頭堆場(chǎng)的實(shí)施應(yīng)用為港口碼頭提供全新的冷藏箱堆場(chǎng)智能管理解決方案，有利于提高碼頭堆場(chǎng)管理效率，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)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(xiàn)。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-07-12）