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1.引言
 
    為了改善目前港口裝卸設備的監管狀況，提高港口管理的現代化水平，本文根據相關的知識背景和技術發展狀況，結合工程實踐，構建了一種基于網絡的港口裝卸設備運行參數在線采集與記錄系統，同時也是現代檢測技術與網絡技術在交叉領域實踐的有益嘗試和探索。

2.系統總體設計

    港口裝卸設備運行參數在線采集與記錄系統大致分為三部分，分別是：現場數據采集模塊、數據收集存儲系統、數據管理系統。如圖1所示為港口裝卸設備運行參數采集與記錄系統組成概況圖。

3.子系統構成及實現的功能

    該系統由現場數據采集模塊、數據收集存儲系統以及數據管理系統三個子系統構成，各個子系統之間有機聯系，構成功能強大的整體系統。

圖1裝卸設備運行參數采集與記錄系統概況圖

    3.1.現場數據采集模塊

    港口裝卸設備運行參數現場數據采集模塊以單片機技術為核心，結合傳感器技術進行設計。需要采集的各種參數由安裝在裝卸設備運行現場的各類傳感器采集。現場數據采集模塊將采集到數據經簡單處理后，由CAN總線網絡與數據收集存儲系統通信。如圖2為現場數據采集模塊示意圖。

圖2 現場數據采集模塊示意圖

    現場數據采集模塊采用C8051F040型高速SOC單片機為核心芯片設計。C8051F系列單片機將80C51系列單片機從微控制器（MCU）時代推向片上系統（SOC）時代。C8051F040型為CAN型芯片，主要特點是增加了CAN總線。配制的CAN控制器符合CAN總線2.0B協議，傳輸距離可達10km，傳輸速度可達1Mb/s。有可靠的錯誤處理和檢測機制，可實現與CAN現場總線的連接與控制功能[1]。

    該模塊設計集成了電源轉換電路、數據采集電路，信號輸出電路及與CAN網絡接口電路等。根據不同的參數采集要求，在各個不同的模塊中設計了相應的傳感器接口電路。并且為適應裝卸設備現場應用需求，在現場數據采集模塊的PCB設計中全部采用貼片式芯片，這樣可大大節省數據采集模塊體積，使其可以靈活的安裝在裝卸設備上的任意部位，安全方便。同時，在現場數據采集模塊的設計中考慮到現場調試的要求，設計了可在線調試的JTAG調試接口。技術人員可通過JTAG接口對現場數據采集模塊進行在系統調試和對C8051F040單片機的閃存編程，也可對系統的其他部分進行邊界掃描。因而大大方便了調試進程，提高工作效率。

    現場總線控制系統由于采用了智能現場設備，能夠把原先DCS系統中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現場設備中，加上現場設備具有通信能力，現場的測量變送儀表可以與閥門等執行機構直接傳送信號，因而控制系統功能能夠不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制。由于采用數字信號替代模擬信號，因為現場總線控制系統可實現一對電線上傳輸多個信號，如運行參數值、多個設備狀態、故障信息等，同時又為多個設備提供電源，現場設備以外不再需要模擬/數字、數字/模擬轉換器件。

    3.2.數據收集存儲系統

    港口裝卸設備運行參數現場數據收集存儲系統將現場數據采集模塊采集到的數據進行處理、存儲以及備份，并且通過以太網與數據管理系統通信。數據收集存儲系統功能圖如圖3所示。

圖3 數據收集存儲系統功能框圖

    數據收集存儲系統核心為數據收集存儲系統主機，包括數據存儲介質及兩塊通信網卡。數據收集存儲系統與下位機的CAN總線通信通過安裝在本系統主機中的CANPC通信卡實現。與上層的數據管理系統通信通過安裝在主機上的無線網卡實現。如圖4所示。

    CANPC是一種高性價比的智能通訊卡，它能夠使PC機方便的連接到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的通訊負擔，而且可以完成用戶復雜的通訊任務。卡上有1KB或2KB高速雙口RAM，直接映射到主機內存空間，實現CAN與主機PC104之間的高速數據交換。

    無線以太網接口卡通常由射頻芯片、基頻芯片和介質控制（MAC）芯片三類芯片組成，另外包括外部存儲、電源管理部分、主機接口連接器和內置天線等。本系統采用的是Proxim公司開發的遵守IEEE802.11a標準的Harmony型網卡，其框圖如圖5所示。它主要由Atheros AR5000芯片組構成。此外，還需要到主機接口的連接器、#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置全向天線等[2]。

圖4數據收集存儲系統概況

圖5 Proxim公司開發的Harmony型網卡框圖

    3.3. 數據管理系統
  
    在數據管理系統中包含有數據管理監控計算機和數據庫服務器，并通過以太網與數據收集存儲系統相連。通過數據管理系統與下層數據采集模塊及數據收集存儲系統的網絡對接，從而可真正實現對港口裝卸設備現場運行狀況的網絡監控。
由于在港口裝卸設備在線運行參數數據種類多且數據量大，考慮在數據管理系統級加入專用的數據庫服務器，并建立相應的數據庫。運用數據庫技術，將從下層系統傳來的數據文件以相應的格式存儲在該數據庫服務器內。監測技術人員可對數據庫進行相應操作，導出數據內容，便于監測管理和研究之用。

4. 結束語

    本系統以新型混合信號系統級單片機技術、現場總線技術、計算機網絡技術、數據庫技術等理論技術為基礎，開發設計的港口裝卸設備運行參數在線采集與記錄系統，它具有智能化、信息化、網絡化等諸多的優點，改變了以往落后的不定時檢測和人工記錄的方式，提高了對裝卸設備的實時管理，大大減少了安全隱患發生的幾率，可實現智能化檢測、網絡化管理的現代企業管理新模式。

參考文獻：

[1]張迎新，雷文，姚靜波.C8051F系列SOC單片機原理及應用.北京：國防工業出版社，2005.

[2]李正軍.現場總線與工業以太網及其應用系統設計.北京：人民郵電出版社，2006.