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1.引言
 
    为了改善目前港口装卸设备的监管状况，提高港口管理的现代化水平，本文根据相关的知识背景和技术发展状况，结合工程实践，构建了一种基于网络的港口装卸设备运行参数在线采集与记录系统，同时也是现代检测技术与网络技术在交叉领域实践的有益尝试和探索。

2.系统总体设计

    港口装卸设备运行参数在线采集与记录系统大致分为三部分，分别是：现场数据采集模块、数据收集存储系统、数据管理系统。如图1所示为港口装卸设备运行参数采集与记录系统组成概况图。

3.子系统构成及实现的功能

    该系统由现场数据采集模块、数据收集存储系统以及数据管理系统三个子系统构成，各个子系统之间有机联系，构成功能强大的整体系统。

图1装卸设备运行参数采集与记录系统概况图

    3.1.现场数据采集模块

    港口装卸设备运行参数现场数据采集模块以单片机技术为核心，结合传感器技术进行设计。需要采集的各种参数由安装在装卸设备运行现场的各类传感器采集。现场数据采集模块将采集到数据经简单处理后，由CAN总线网络与数据收集存储系统通信。如图2为现场数据采集模块示意图。

图2 现场数据采集模块示意图

    现场数据采集模块采用C8051F040型高速SOC单片机为核心芯片设计。C8051F系列单片机将80C51系列单片机从微控制器（MCU）时代推向片上系统（SOC）时代。C8051F040型为CAN型芯片，主要特点是增加了CAN总线。配制的CAN控制器符合CAN总线2.0B协议，传输距离可达10km，传输速度可达1Mb/s。有可靠的错误处理和检测机制，可实现与CAN现场总线的连接与控制功能[1]。

    该模块设计集成了电源转换电路、数据采集电路，信号输出电路及与CAN网络接口电路等。根据不同的参数采集要求，在各个不同的模块中设计了相应的传感器接口电路。并且为适应装卸设备现场应用需求，在现场数据采集模块的PCB设计中全部采用贴片式芯片，这样可大大节省数据采集模块体积，使其可以灵活的安装在装卸设备上的任意部位，安全方便。同时，在现场数据采集模块的设计中考虑到现场调试的要求，设计了可在线调试的JTAG调试接口。技术人员可通过JTAG接口对现场数据采集模块进行在系统调试和对C8051F040单片机的闪存编程，也可对系统的其他部分进行边界扫描。因而大大方便了调试进程，提高工作效率。

    现场总线控制系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备中，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。由于采用数字信号替代模拟信号，因为现场总线控制系统可实现一对电线上传输多个信号，如运行参数值、多个设备状态、故障信息等，同时又为多个设备提供电源，现场设备以外不再需要模拟/数字、数字/模拟转换器件。

    3.2.数据收集存储系统

    港口装卸设备运行参数现场数据收集存储系统将现场数据采集模块采集到的数据进行处理、存储以及备份，并且通过以太网与数据管理系统通信。数据收集存储系统功能图如图3所示。

图3 数据收集存储系统功能框图

    数据收集存储系统核心为数据收集存储系统主机，包括数据存储介质及两块通信网卡。数据收集存储系统与下位机的CAN总线通信通过安装在本系统主机中的CANPC通信卡实现。与上层的数据管理系统通信通过安装在主机上的无线网卡实现。如图4所示。

    CANPC是一种高性价比的智能通讯卡，它能够使PC机方便的连接到CAN总线上。CANPC上高性能的嵌入式微处理器极大地减轻了主机的通讯负担，而且可以完成用户复杂的通讯任务。卡上有1KB或2KB高速双口RAM，直接映射到主机内存空间，实现CAN与主机PC104之间的高速数据交换。

    无线以太网接口卡通常由射频芯片、基频芯片和介质控制（MAC）芯片三类芯片组成，另外包括外部存储、电源管理部分、主机接口连接器和内置天线等。本系统采用的是Proxim公司开发的遵守IEEE802.11a标准的Harmony型网卡，其框图如图5所示。它主要由Atheros AR5000芯片组构成。此外，还需要到主机接口的连接器、#93C66型EEPROM外存芯片、#VT103型电源管理芯片、基带滤波器、KSS8C型外接晶体振荡器和内置全向天线等[2]。

图4数据收集存储系统概况

图5 Proxim公司开发的Harmony型网卡框图

    3.3. 数据管理系统
  
    在数据管理系统中包含有数据管理监控计算机和数据库服务器，并通过以太网与数据收集存储系统相连。通过数据管理系统与下层数据采集模块及数据收集存储系统的网络对接，从而可真正实现对港口装卸设备现场运行状况的网络监控。
由于在港口装卸设备在线运行参数数据种类多且数据量大，考虑在数据管理系统级加入专用的数据库服务器，并建立相应的数据库。运用数据库技术，将从下层系统传来的数据文件以相应的格式存储在该数据库服务器内。监测技术人员可对数据库进行相应操作，导出数据内容，便于监测管理和研究之用。

4. 结束语

    本系统以新型混合信号系统级单片机技术、现场总线技术、计算机网络技术、数据库技术等理论技术为基础，开发设计的港口装卸设备运行参数在线采集与记录系统，它具有智能化、信息化、网络化等诸多的优点，改变了以往落后的不定时检测和人工记录的方式，提高了对装卸设备的实时管理，大大减少了安全隐患发生的几率，可实现智能化检测、网络化管理的现代企业管理新模式。

参考文献：

[1]张迎新，雷文，姚静波.C8051F系列SOC单片机原理及应用.北京：国防工业出版社，2005.

[2]李正军.现场总线与工业以太网及其应用系统设计.北京：人民邮电出版社，2006.