智能港口設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用

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【摘要】論文介紹物聯(lián)網(wǎng)的無線射頻識別RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能港口設(shè)備中的應用，為港口設(shè)備的智能方案提供參考。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；智能港口；關(guān)鍵技術(shù) 

1引言

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）意為“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，指通過無線射頻識別（RFID）、紅外傳感器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，實時采集需要監(jiān)控、連接、互動的物品和過程信息，以此對物品和過程的智能化感知、識別和管理?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能港口由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應用層組成。智能港口感知層包括港區(qū)內(nèi)的作業(yè)設(shè)備及相應作業(yè)區(qū)域內(nèi)的條碼識讀器、RFID讀寫器、攝像頭和傳感器等。感知層的主要作用是感知和識別物體以及采集和捕獲信息。智能港口網(wǎng)絡(luò)層以無線網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)管理中心和物聯(lián)網(wǎng)信息中心，并對海量信息進行智能處理。

2容錯條碼視覺絕對定位系統(tǒng)在智能港口設(shè)備中的應用

容錯條碼視覺絕對定位系統(tǒng)是一種新型的測量與定位系統(tǒng)，是由現(xiàn)代化大型自動化物流輸送系統(tǒng)衍變而來。此系統(tǒng)主要包括視覺讀碼器、絕對位置編碼帶、定位系統(tǒng)PLC（可編程邏輯控制器）。條碼定位閱讀器用支架安裝在大車軌道靠箱區(qū)內(nèi)側(cè)和小車軌道的外側(cè)，隨大車或小車一起運動。針對大車定位，兩驅(qū)動側(cè)均設(shè)計安裝同樣的閱讀器和絕對編碼帶，用于兩側(cè)相互冗余定位。針對小車定位，只采用單側(cè)定位的方式，只在小車軌道的一側(cè)布置閱讀器和絕對編碼帶。在大車或小車的運動過程中，由閱讀器讀取沿線粘貼的、預先按照整條軌道長度細分絕對位置編碼的專用帶狀條碼的信息，而后將讀出的數(shù)據(jù)通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)傳送至定位系統(tǒng)PLC，由PLC計算出大車或者小車的實時絕對位置；主機PLC從遠控系統(tǒng)接收目標箱位指令后，由定位系統(tǒng)PLC通信讀取，并從數(shù)據(jù)塊中調(diào)取目標箱位的精確坐標信息，然后分別發(fā)出大車和小車控制命令（包含方向、速度給定、減速、停車指令），并通過網(wǎng)絡(luò)將這一系列指令傳送至機上主控PLC用于執(zhí)行。本系統(tǒng)專門為閱讀器和編碼帶設(shè)計了防護罩和自動清潔裝置，防護罩采用經(jīng)處理過的耐化學、鹽霧腐蝕的金屬板折成。防護罩支架拼裝和固定在與軌道標高齊平的基準面上。防護罩和支架安裝必須經(jīng)過縱向、橫向與垂向水平校直，然后編碼帶在防護罩頂板內(nèi)側(cè)向下粘貼。加裝防護罩后，大大降低了灰塵、污物、雨水、強光等環(huán)境因素對系統(tǒng)的影響，閱讀器和編碼帶的使用壽命也會顯著延長，一般至少使用10年以上。本系統(tǒng)采用了特殊編碼方式的編碼帶，可以容許在整個編碼帶中存在多處不大于30mm寬度的錯碼、損壞、缺失或者接縫，依然保證測量精度。

3傳感器技術(shù)在智能港口設(shè)備中的應用

傳感器負責物聯(lián)網(wǎng)信息的采集，是實現(xiàn)對現(xiàn)實世界感知的基礎(chǔ)，也是物聯(lián)網(wǎng)服務和應用的基礎(chǔ)。由于遠控岸橋的起升高度及前伸距的加大，吊具相對于小車系統(tǒng)的懸垂量增大，對司機對箱產(chǎn)生了非常不利的影響，嚴重的影響生產(chǎn)效率，所以必須采用船形掃描系統(tǒng)提高以確保作業(yè)路徑的安全、作業(yè)效率的優(yōu)化。船形掃描系統(tǒng)SPSS（ShipProfileScanningSystem），系統(tǒng)通過安裝在岸邊集裝箱起重機小車平臺海側(cè)和司機室陸側(cè)的激光測距儀實時掃描船上的集裝箱高度，獲得船形輪廓信息，與岸橋控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，進而實現(xiàn)岸橋起升和 小車方向的吊具防撞保護與智能減速功能。船形掃描系統(tǒng)包括控制器、激光掃描儀2個、電源適配器、交換機、顯示器、吊具標識板。控制器安裝在小車上，與激光掃描儀、顯示器及小車上的PLC通訊模塊連接。激光掃描儀將實時檢測的船型輪廓信息發(fā)給控制器，控制器運算處理后，向PLC系統(tǒng)發(fā)送控制指令，通過控制小車的移動與吊具的升降操作，實現(xiàn)在小車和起升方向的吊具智能減速和防撞保護，避免吊具以及吊具吊著集裝箱與船上的碼放集裝箱或者艙底、船舷發(fā)生碰撞事故。同時以圖形方式記錄船形及吊具運動軌跡，供岸橋司機參考，提高其操作效率。兩個激光掃描儀安裝在小車（Trolley）前方，在前大臂（Boom）和吊具上架安裝標識板。主激光掃描儀使用戶外長距離激光掃描儀設(shè)備，掃描截面平行于小車行走方向，輔助激光掃描儀使用戶外中距激光掃描儀，掃描截面平行于大車行走方向。激光掃描儀對其正下方進行連續(xù)掃描，可以獲取集裝箱的堆碼輪廓和船型輪廓。掃描數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理后，形成可靠的船型輪廓信息。由于輪船位置和輪廓不會突變，故可以利用歷史信息對激光盲區(qū)進行補全，并檢測輪船晃動。當?shù)蹙咭噪p箱吊方式裝卸船時，利用小車前方兩個激光掃描到兩排20尺箱型，系統(tǒng)自動計算取相對高箱作為防碰撞控制邊界進行小車和吊具控制。岸橋吊具在船艙中作業(yè)時，司機往往看不到艙底，導致放箱時著箱過快，損壞設(shè)備或者集裝箱。船型掃描系統(tǒng)可以識別、記憶當前作業(yè)排的高度，當?shù)蹙叩撞拷咏摰讜r，自動減速，保護設(shè)備和集裝箱。本系統(tǒng)采用雙激光測距融合技術(shù)，雙激光進行無死角掃描，冗余校驗，提升輪廓信息的準確性；在更換場地作業(yè)貝位過程中，即時更新堆碼輪廓信息，提高系統(tǒng)時效性。

4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能港口設(shè)備中的應用

物聯(lián)網(wǎng)中，物品與人的無障礙交流必然離不開可進行大批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)。傳感器的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可分為兩類：近距離通信和廣域網(wǎng)絡(luò)通信。近距離通信以IEEE802.15.4和2.4GHz為代表。岸邊集裝箱起重機采用了無線溫度實時檢測系統(tǒng)，對關(guān)鍵的設(shè)備，如電機，減速機出軸部位進行實時在線溫度監(jiān)測，通過對溫度值的分析來判斷這些設(shè)備是否正常工作，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的機械故障，提示工程人員進行檢修，一方面防止事故的進一步擴大，造成更嚴重的后果；另一方面，減少日常檢修工作的難度和時間，為設(shè)備可靠作業(yè)提供保障。該智能在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要由三部分組成，即無線發(fā)送模塊、無線傳輸路由模塊和無線接收模塊。無線發(fā)送模塊采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線接收模塊，無線傳輸路由模塊則在信號較弱的情況下起到無線數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)和傳遞功能。系統(tǒng)示意圖如圖2所示。無線傳輸路由模塊，采用最新的微功率無線通信技術(shù)和先進的節(jié)電免維護技術(shù)，是一款超低功耗（自動休眠及快速喚醒設(shè)計）、支持路由及自組網(wǎng)絡(luò)（點對點、點對多點、多點中繼）的無線通信模塊，該無線路由模塊能保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，可實現(xiàn)系統(tǒng)的冗余跳轉(zhuǎn)，使無線發(fā)送模塊在最佳的狀態(tài)下工作。無線路由模塊采用ZigBee無線通信協(xié)議，符合IEEE802.15.4無線通信標準，工作在2.4GISM（工業(yè)、科研、醫(yī)療）免申請頻段，可選擇16個無線信道。采用直接序列擴頻（GSSS）技術(shù)，抗干擾能力強。設(shè)備內(nèi)部采用全向天線，傳輸距離可達300m。設(shè)備采用外部DC24V供電。高達255個設(shè)備編址。無線測溫網(wǎng)絡(luò)中，每個數(shù)字傳感器探頭配置一個無線發(fā)送模塊，用來采集數(shù)據(jù)及發(fā)送數(shù)據(jù)；整個網(wǎng)絡(luò)中配備2～3個無線路由模塊，對無線發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)起到轉(zhuǎn)發(fā)和中繼的作用；在無線測溫網(wǎng)絡(luò)中配備1臺無線接收模塊，所有節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)最終將匯總到無線接收模塊?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)匯總到無線接收模塊，無線接收模塊通過光纖轉(zhuǎn)換器接入港口的光纖網(wǎng)絡(luò)中，在中控室再由光纖轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接入上位機服務器內(nèi)。上位機服務器中的系統(tǒng)監(jiān)測軟件進行實時數(shù)據(jù)采集；實時數(shù)據(jù)顯示；定溫報警，并可對被監(jiān)控區(qū)域分段設(shè)置不同分區(qū)，每個分區(qū)可以任意設(shè)置報警值，對不同的部位進行不同標準的監(jiān)控；溫升速率報警等顯示。

5結(jié)語

隨著物流的數(shù)字化和國際化，物流集裝箱化成為物流運輸?shù)闹饕l(fā)展方向，使得港口間的競爭越加激烈，提供港口設(shè)備的智能化是各個港口碼頭關(guān)注的重要領(lǐng)域。與此同時物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使之更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)應用到自動化碼頭的生產(chǎn)作業(yè)中成為了現(xiàn)實。

【參考文獻】

【1】孫洪雁.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在港口智能化建設(shè)中的應用分析[J].物流工程與管理,2014(5):97-98.

【2】王宇,李繼春.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能港口中的應用前景[J].集裝箱化,2010,21(12):28-30.

作者：劉東輝 宋浩 王云鵬 單位：青島海西重機有限責任公司