海外某集装箱码头冷藏箱管理系统解决方案

陈歆韵，李瑞娟

(中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032)

伴随世界集装箱运输行业的飞速发展，为了满足诸如食品、医药和精密仪器等对输运温度有特殊要求货物的需求，冷藏集装箱凭借其安全快速、方便经济等特点成为国际冷藏运输的主要形式。在这一过程中，世界港口等级体系也开始重塑，集装箱港口在不断集成信息化、智能化和电子化的现代物流技术的过程中实现了自动化运作，以提高生产效率，减少船舶在泊时间，提高港口吞吐量[1]。与此同时，冷藏箱管理技术也从传统的指派专职人员定时巡检冷藏箱区的模式逐渐发展成智能化监控技术：建立远程数据采集系统，实现对冷藏箱温度等运行状态的不间断监控，快速发现异常、降低监管责任风险、节省人力资源成本，有效地提升港口综合管理能力。

1 冷藏箱管理系统模式

常见的冷藏箱管理系统模式按其发展历程，主要有以下3种：

1)四极监控。该方法为每一个冷藏集装箱额外配备一根四芯信号电缆，其中三芯用来传输“压缩机运转”“除霜或加热”和“温度正常”信号，另一芯为公共线，用于判断该冷藏箱是否连接至四极监控系统[2]。但由于这些信号主要为开关量，后台监控中心也无法直接发送指令至冷藏箱改变其压缩机运行状态。与此同时，随着需要冷藏运输的货物种类越来越多，对冷藏箱精密度和可控性的要求越来越高，此种四极监控系统能够提供的内容较为单一，已无法满足港口自动化管理的需求。

2)PCT电力载波。PCT载波技术是对冷藏箱压缩机的电力电缆采用调频或调相等技术进行中高频的信号传递，实现冷藏箱与后方监控中心之间的数据传输。它将冷藏箱各类信息如压缩机运行状态、箱内温度等调制成高频信号，通过一个或多个调制解调器将信号传至监控计算机。然而，目前国际标准的传输技术分为2种，分别为窄频带传输和宽频带传输，各个国家使用的标准不尽相同，给冷藏箱监控系统的适应性带来了麻烦，同时也因其系统本身易受电网冲击干扰，导致其稳定性较差[3]。

本文结合境外某自动化集装箱码头工程，对这一冷藏箱数据接口监控系统进行阐述。

2 冷藏箱管理系统架构

冷藏箱管理系统实现冷藏箱业务功能的途径为：使用手持设备终端操作系统实现对冷藏箱的巡检、插拔电指令的传送；在中控系统中，实现对冷藏业务的操作和监控，并提供异常警报和统计报表。

冷藏箱管理系统的本质是对冷藏箱机组内信息的显示和控制。冷藏箱机组内的信息通过下载电缆传输至数据接收端，由数据接收端通过信号线传输至主监控模块，再通过网络电缆传输至中控系统后台，连入数据库。数据库中的信息可以直接与码头操作系统(terminal operation system，简称TOS)及管理系统通过接口交互；服务器端和客户端人机界面可以直接显示数据库中的信息；管理工具可以访问并修改数据库、后台通讯程序和人机界面的设置。冷藏箱管理系统组成结构见图1。

图1 冷藏箱管理管理架构

以墨西哥某集装箱码头工程为例，该工程在堆场上布置冷藏箱机架共19个。冷藏箱自动化管理系统的监控中心位于码头控制楼，数据交换网络采用3层结构：核心交换层位于监控中心，包含SQL数据库等；汇聚层设置在冷藏箱区附近变电所，配置汇聚交换机；每个冷藏箱机架均配置1台交换机，通过光缆实现系统组网及远程数据传输。

3 冷藏箱管理系统硬件

冷藏箱管理系统按系统架构构成，管理系统主要由主监控模块、中继接线盒、下载电缆、交换机、数据库、监控工作站等硬件组成。

1)主监控模块。冷藏箱自动化管理系统的主要模块是一个集信息提取、处理、输出为一体的主监控模块。每个主监控模块可采集多个冷藏箱的数据信息，面板上配置有对应冷藏箱个数的指示灯，显示电源及通讯状态等信息，以帮助现场工作人员在插电后能够快速、直观地判断系统是否通讯正常。

每个主监控模块具有独立的MAC地址和IP地址，IP地址与每个模块的安装位置一一对应[4]，存入中控系统的数据库中，以实现中控系统可以通过IP地址来识别每个冷藏箱的位置并区别他们。一般来说，每一个冷藏箱货架都安装有数个主监控模块，这些模块通过网线和最近的接入点接入光纤网络，实现与中控系统的通讯。

2)中继接线盒。在冷藏箱自动化管理的硬件系统中，在主监控模块和冷藏箱的数据接口之间另有一个中继接线盒。每个冷藏箱位均配置一个中继接线盒，它们通过通讯电缆串联在一起，以实现与冷藏箱的一一对应。中继接线盒的作用如下：①将主监控模块到冷藏箱的接线分为2部分。由于集装箱码头冷藏箱通常为机架式多层布置，主监控模块与最远端冷藏箱位的距离通常较大，为确保通讯质量，中继接线盒的存在就变得非常重要。它可以缩短这段数据电缆的长度，既保证通讯强度，又降低造价。②中继接线盒能够在冷藏箱位闲置时保护通讯插头。在实际生产操作期间，许多冷藏箱位都是空置的，中继接线盒能够很好地提供一个存放通讯电缆的位置[5]，延长使用寿命。

4 冷藏箱管理系统通信方式

4.1 现场通讯

CAN总线是一种支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。它是一点对多点的传输方式，即任何在总线上的节点都可以监听总线上传输的数据。对于控制系统而言，这种现场总线方式的优点如下：

1)对通信数据编码取代地址编码使不同节点可以同时接收到相同的数据，确保数据通信的实时性和可靠性；

2)当系统出现错误时，具有关闭输出功能，确保总线上其他节点不受影响。

利用CAN总线技术实现现场通信网络的方式如图2所示。

图2 冷藏箱管理系统现场总线布置

上述集装箱码头案例中，每个冷藏箱机架为5层双面设置，每面各配置1台主监控模块(RRCE-D)，可连接36个中继接线盒(J-COM Box)。这些中继接线盒通过CAN现场总线连接，结合通讯距离及通讯速率，每台RRCE-D模块可分两路总线将所有中继接线盒串联起来。

4.2 接口机制

冷藏箱管理系统利用XML接口与TOS管理系统、用户界面及其他系统的应用程序实现信息交互，同时连接系统数据库，如图3所示。

图3 冷藏箱自动化管理系统接口机制

5 冷藏箱管理系统功能

冷藏箱管理系统可监控的数据如下：

1)冷藏箱运行模式(除霜、制冷、加热等)；

2)冷藏箱温度(回风温度、送风温度、设定温度)；

3)冷藏箱订舱预设温度(从外部文件获得，可与实际设定温度比对，不符合时产生报警)；

4)冷藏箱电压和电流；

5)冷藏箱物理位置；

6)冷藏箱订舱预设位置(从外部文件获得，可与实际物理位置比对，不符合时产生报警)；

7)冷藏箱的品牌与型号。

在人机交互界面上，系统可以显示码头冷藏箱的实际布局以及上述模式和状态信息及报警编号，并自动对比冷藏箱的型号查询，显示该报警信号对应的报警内容。当一个冷藏箱接入时，系统可自动比对其预设温度和当前设定温度，如果差别超过某一温度阈值，则显示报警。除此之外，系统数据库中可存冷藏箱的历史资料也可显示成表格或图表模式，确保人机界面友好，提高自动化管理效能。

6 结语

1)冷藏箱管理系统可采集丰富的冷藏箱运行模式和状态信息，识别冷藏箱品牌和型号，实现不间断监控和现场无人化管理；

2)通过自动比对和报警功能，快速发现冷藏箱异常，大大降低人工管理成本和责任风险；

3)与码头操作系统实现交互，充分满足自动化码头协同管理的需求；

4)基于数据接口的冷藏箱管理系统的投入使用将大幅提高冷藏箱的智能化管理水平，契合集装箱码头的现代化、自动化管理需求，进一步确保货物品质，提高经济效益。