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1.引言
 
    為了改善目前港口裝卸設(shè)備的監(jiān)管狀況，提高港口管理的現(xiàn)代化水平，本文根據(jù)相關(guān)的知識(shí)背景和技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合工程實(shí)踐，構(gòu)建了一種基于網(wǎng)絡(luò)的港口裝卸設(shè)備運(yùn)行參數(shù)在線采集與記錄系統(tǒng)，同時(shí)也是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在交叉領(lǐng)域?qū)嵺`的有益嘗試和探索。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    港口裝卸設(shè)備運(yùn)行參數(shù)在線采集與記錄系統(tǒng)大致分為三部分，分別是：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。如圖1所示為港口裝卸設(shè)備運(yùn)行參數(shù)采集與記錄系統(tǒng)組成概況圖。

3.子系統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)的功能

    該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，各個(gè)子系統(tǒng)之間有機(jī)聯(lián)系，構(gòu)成功能強(qiáng)大的整體系統(tǒng)。

圖1裝卸設(shè)備運(yùn)行參數(shù)采集與記錄系統(tǒng)概況圖

    3.1.現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊

    港口裝卸設(shè)備運(yùn)行參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊以單片機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合傳感器技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。需要采集的各種參數(shù)由安裝在裝卸設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的各類傳感器采集。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊將采集到數(shù)據(jù)經(jīng)簡(jiǎn)單處理后，由CAN總線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)通信。如圖2為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊示意圖。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊示意圖

    現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊采用C8051F040型高速SOC單片機(jī)為核心芯片設(shè)計(jì)。C8051F系列單片機(jī)將80C51系列單片機(jī)從微控制器（MCU）時(shí)代推向片上系統(tǒng)（SOC）時(shí)代。C8051F040型為CAN型芯片，主要特點(diǎn)是增加了CAN總線。配制的CAN控制器符合CAN總線2.0B協(xié)議，傳輸距離可達(dá)10km，傳輸速度可達(dá)1Mb/s。有可靠的錯(cuò)誤處理和檢測(cè)機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)與CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的連接與控制功能[1]。

    該模塊設(shè)計(jì)集成了電源轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集電路，信號(hào)輸出電路及與CAN網(wǎng)絡(luò)接口電路等。根據(jù)不同的參數(shù)采集要求，在各個(gè)不同的模塊中設(shè)計(jì)了相應(yīng)的傳感器接口電路。并且為適應(yīng)裝卸設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求，在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊的PCB設(shè)計(jì)中全部采用貼片式芯片，這樣可大大節(jié)省數(shù)據(jù)采集模塊體積，使其可以靈活的安裝在裝卸設(shè)備上的任意部位，安全方便。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)中考慮到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的要求，設(shè)計(jì)了可在線調(diào)試的JTAG調(diào)試接口。技術(shù)人員可通過(guò)JTAG接口對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行在系統(tǒng)調(diào)試和對(duì)C8051F040單片機(jī)的閃存編程，也可對(duì)系統(tǒng)的其他部分進(jìn)行邊界掃描。因而大大方便了調(diào)試進(jìn)程，提高工作效率。

    現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)由于采用了智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，能夠把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，加上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有通信能力，現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接傳送信號(hào)，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室的計(jì)算機(jī)或控制儀表，直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。由于采用數(shù)字信號(hào)替代模擬信號(hào)，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳輸多個(gè)信號(hào)，如運(yùn)行參數(shù)值、多個(gè)設(shè)備狀態(tài)、故障信息等，同時(shí)又為多個(gè)設(shè)備提供電源，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以外不再需要模擬/數(shù)字、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器件。

    3.2.數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)

    港口裝卸設(shè)備運(yùn)行參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)以及備份，并且通過(guò)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)通信。數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)功能圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)功能框圖

    數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)核心為數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)主機(jī)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)及兩塊通信網(wǎng)卡。數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)與下位機(jī)的CAN總線通信通過(guò)安裝在本系統(tǒng)主機(jī)中的CANPC通信卡實(shí)現(xiàn)。與上層的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)通信通過(guò)安裝在主機(jī)上的無(wú)線網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)。如圖4所示。

    CANPC是一種高性價(jià)比的智能通訊卡，它能夠使PC機(jī)方便的連接到CAN總線上。CANPC上高性能的嵌入式微處理器極大地減輕了主機(jī)的通訊負(fù)擔(dān)，而且可以完成用戶復(fù)雜的通訊任務(wù)。卡上有1KB或2KB高速雙口RAM，直接映射到主機(jī)內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)CAN與主機(jī)PC104之間的高速數(shù)據(jù)交換。

    無(wú)線以太網(wǎng)接口卡通常由射頻芯片、基頻芯片和介質(zhì)控制（MAC）芯片三類芯片組成，另外包括外部存儲(chǔ)、電源管理部分、主機(jī)接口連接器和內(nèi)置天線等。本系統(tǒng)采用的是Proxim公司開(kāi)發(fā)的遵守IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)的Harmony型網(wǎng)卡，其框圖如圖5所示。它主要由Atheros AR5000芯片組構(gòu)成。此外，還需要到主機(jī)接口的連接器、#93C66型EEPROM外存芯片、#VT103型電源管理芯片、基帶濾波器、KSS8C型外接晶體振蕩器和內(nèi)置全向天線等[2]。

圖4數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)概況

圖5 Proxim公司開(kāi)發(fā)的Harmony型網(wǎng)卡框圖

    3.3. 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
  
    在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中包含有數(shù)據(jù)管理監(jiān)控計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并通過(guò)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)相連。通過(guò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與下層數(shù)據(jù)采集模塊及數(shù)據(jù)收集存儲(chǔ)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，從而可真正實(shí)現(xiàn)對(duì)港口裝卸設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
由于在港口裝卸設(shè)備在線運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)種類多且數(shù)據(jù)量大，考慮在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)級(jí)加入專用的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將從下層系統(tǒng)傳來(lái)的數(shù)據(jù)文件以相應(yīng)的格式存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器內(nèi)。監(jiān)測(cè)技術(shù)人員可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)操作，導(dǎo)出數(shù)據(jù)內(nèi)容，便于監(jiān)測(cè)管理和研究之用。

4. 結(jié)束語(yǔ)

    本系統(tǒng)以新型混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等理論技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的港口裝卸設(shè)備運(yùn)行參數(shù)在線采集與記錄系統(tǒng)，它具有智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化等諸多的優(yōu)點(diǎn)，改變了以往落后的不定時(shí)檢測(cè)和人工記錄的方式，提高了對(duì)裝卸設(shè)備的實(shí)時(shí)管理，大大減少了安全隱患發(fā)生的幾率，可實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)化管理的現(xiàn)代企業(yè)管理新模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]張迎新，雷文，姚靜波.C8051F系列SOC單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[2]李正軍.現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：人民郵電出版社，2006.