港口門機風速信息GPRS采集系統

分類：解決方案日期：2010-07-16 09:10:33

摘要：本文提出了一種基于GPRS網絡的港口門機風速信息采集系統設計原理和實現方案，簡要介紹了針對港口集裝箱大型門座式起重機（簡稱門機）掛接風速報警儀，通過GPRS無線通訊網絡，實現遠程無線監控的方法以及GPRS技術的基本知識，通過實際測試、應用，獲得了理想的效果。

關鍵詞： GPRS；DTU；門機；風速儀；報警數據；傳輸；

一、前言

起重機作為一種高聳結構，對風速的影響十分敏感。尤其是近年來，起重機數量增多，高度增加，風致振動影響愈來愈多，風毀事故也時有發生。因風速過高導致振動引起箱形矩形截面拉桿斷裂或者拉桿斷裂事故，嚴重影響了港口的正常工作，造成極大的經濟損失。由于門機處于碼頭前沿工作，其迎風面積大，風力作用中心高，重心高，極易引起風振，造成事故。隨著國際貿易的發展，集裝箱運量激增，門機不斷朝著大型化、高效化方向發展，對風致振動更為敏感。因此有必要對風速進行檢測，防止出現上述事故發生。

原有港口門機信息采集網絡建設較早，設備性能低、線路速度低、時延長，已很難滿足風速資料傳輸的要求，很難滿足進行數據綜合傳輸的需求；因此，構建一個更完善、更快捷、更安全的廣域網絡平臺迫在眉睫。該廣域網不僅要在速度、容量上完全滿足需求；而且需要將原本松散的網絡從規格、管理軟件、安全防護等方面進行整合和統一。并且還需要具有可擴展性，未來可以方便地進行升級。而以上的這些不足都可以通過GPRS無線網絡來實現。

二、GPRS網絡簡介

GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，它是以數據流量計費、覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業和企業用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。

GPRS網絡優點：

1、數據傳輸速率高。每個氣象信息采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統數據傳輸速率(≥10Kbps)的需求。

2、系統的傳輸容量大。氣象中心站要和每一個氣象信息采集點實現實時連接。由于氣象信息采集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

3、通信費用低。采用傳統的有線方式建立港口門機信息采集傳輸系統，必須租用專線或電話線進行連接。由于氣象信息采集點必須與中心隨時保持連線狀態，而每次數據發送的數據量很小(在幾K至10K之間)，線路資源利用率很低，平均每一個氣象信息采集點每月的線路費用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數據流量計費的方式，資源利用率高，月通信費用將在200元之內。

4、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

三、系統概述

鑒于港務各部門的特殊可靠性要求，港口門機信息采集系統在總體建設上采用業務與網絡分層構建、逐層保護的指導原則，利用寬帶IP（動態域名解析）＋GPRS無線網絡技術，保證網絡的互聯互通性，提供具有一定QOS的帶寬保證，所采用的設備以及網絡構架都具有良好可擴展性，可以根據后續發展的需求，在不改變現有組網方案的情況下，通過增加GPRS DTU設備，實現遠程無線數據傳輸功能。

港口門機信息采集系統的網絡設計采用星型結構，在省局中心、地、州、市級港務局和港口各設立核心節點。另外，考慮到網絡還可用來承載港務OA系統的需求，所以中心設備能很好的保障網絡在未來幾年的先進性和可擴展性。例如，未來到各地市的帶寬擴展到2個2M或者更多，此時只需要通過專線升級方式即可。

各門機風速采集點采用GPRS DTU設備接入，將采集到的各種數據通過GPRS網絡及時的送到各個數據中心，實現快速、穩定、可靠的網絡構建。

該方案的建設既能實現信息化辦公，也實現了安全互聯互通、指揮調度、信息共享，端到端的高可靠性設計是本方案建設的特色，具體表現在以下兩個方面:

1、設備級的可靠性：在設計中，通過選擇具備高可靠性設計的網絡設備，減少設備故障率，提高網絡可靠性。設備本身的可靠性是決定整個網絡系統可靠性的主要因素。特別是采集點的GPRS設備，更是整個系統業務正常運行的重要保障。本次選取的GPRS DTU設備具有高可靠性，通過了國家標準的EMC抗干擾測試，在設備級充分保障了網絡可靠性。

2、互連線路的備份設計：每個節點與其他節點間通過多條線路連接，避免單路故障，提高網絡路徑冗余。

四、系統構建拓撲

五、系統架構

門機風速報警儀

本儀器是根據:（1）建設部《塔機設計規范標準JB9462—88》技術要求4.1.2.1條“在起重機的最大安裝高度工作時，風速不大于20m/s。整體架設爬升或頂升操作風速不大于13m/s。”和4.5.6條“對臂架根部全交點超過50m的起重機應在頂部裝設風速儀。”（2）旅游局對客運架空索道安全規范有關異常氣候情況的運營規定“最大瞬時風速超過15m/s時，必須停止運營”的規定設計制造的。

風速報警儀由微處理器和高動態特性的測風傳感器組成，可觀測大氣中的瞬時風速和以及二分鐘，十分鐘平均風速，具有風速報警設定和報警輸出控制功能；

采用雙屏顯示輸出，風速顯示采用高亮LED數碼管顯示，觀察距離遠，并適合于光線較暗和夜間使用，參數設定采用圖形液晶LCD顯示，人機界面友好；

自帶聲光報警器，風速超限時報警器發出聲光報警；

提醒操作人員注意安全；

具有RS485通訊口，可與計算機聯接通訊。

儀器采用掛壁式防水箱體，安裝方便，占用空間小，可靠性高；

儀器的特點是重量輕，安裝使用方便，風速測量準確，數字顯示直觀清晰, 是大中型建筑塔機、起重機械、吊籃和索道纜車等操作安全保障不可缺少的風速檢測儀器。

技術性能指標

起動風速：<0.4m/s
測量范圍：0.4～70m/s
分辨率：0.1m/s
測量精度：0.4+2%×實際風速
采樣時間：3秒
顯示：雙屏顯示，高亮數碼管顯示風速（m/s），液晶屏顯示菜單
報警方式：聲光報警
電源：220VAC 50Hz
使用環境：主機溫度：－10～50℃；濕度：20%～90%RH；探頭溫度：－22℃～＋50℃
輸出容量：控制繼電器觸點容量5A 220VAC

風力(風速)等級表

等級	名稱	陸地上地物特征	風速(米/秒)
0	無風	靜煙直上。	0.0—0.2
1	軟風	煙能表示風向,樹葉略有搖動。	0.3—1.5
2	輕風	人面感覺有風,樹葉有微響,旗子開始飄動,高的草開始搖動。	1.6—3.3
3	微風	樹葉及小枝搖動不息，旗子展開，高的草搖動不息。	3.4—5.4
4	和風	能吹起地面灰塵和紙張,樹枝動搖，高的草呈波浪起伏。	5.5—7.9
5	清勁風	有葉的小樹搖擺，內陸的水面有小波，高的草波浪起伏明顯。	8.0—10.7
6	強風	大樹枝搖動，電線呼呼有聲，撐傘困難，高的草不時傾伏于地。	10.8—13.8
7	疾風	全樹搖動，大樹枝彎下來，迎風步行感覺不便。	13.9—17.1
8	大風	可折毀小樹枝，人迎風前行感覺阻力很大。	17.2—20.7
9	烈風	草房遭受破壞，屋瓦被掀起，大樹枝可折斷。	20.8—24.4
10	狂風	樹木可被吹倒，一般建筑物遭破壞。	24.5—28.4
11	暴風	大樹可被吹倒，一般建筑物遭嚴重破壞。	28.5—32.6
12	颶風	陸上少見，其摧毀力極大。	>32.6