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現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了港口生產(chǎn)和管理技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，港口堆場(chǎng)內(nèi)的自動(dòng)化場(chǎng)橋的智能化水平成為碼頭提高生產(chǎn)率一個(gè)重要標(biāo)簽。在現(xiàn)行集裝箱信息管理標(biāo)準(zhǔn)條件下，結(jié)合了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、軟件工程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化堆場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)道口的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備自動(dòng)控制、業(yè)務(wù)自動(dòng)處理的高效堆場(chǎng)系統(tǒng)[1]。

全球港口場(chǎng)橋設(shè)備中輪胎式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱輪胎吊）占據(jù)比例較大，軌道式起重機(jī)占據(jù)比例較小。因此，自動(dòng)化、智能化綠色港口的發(fā)展離不開輪胎吊，同樣，輪胎吊自動(dòng)化改造[2] 將會(huì)為綠色港口、港機(jī)制造企業(yè)走向自動(dòng)化、智能化起到積極推動(dòng)作用。

文中詳細(xì)介紹了無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RadioFrequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID）[3] 以及車輛道閘系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作流程及其在輪胎吊自動(dòng)化改造中的應(yīng)用。RFID 數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有其特殊性，需要綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械及作業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)、實(shí)際使用需求、智能射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)理念和整體作業(yè)功能結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，將RFID 智能設(shè)計(jì)與道閘系統(tǒng)配合使用，并融入碼頭堆場(chǎng)管理中，基于整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，與港內(nèi)其他作業(yè)子系統(tǒng)既相互獨(dú)立，又存在很多交互和關(guān)聯(lián)，最終為碼頭提供一個(gè)功能完善、設(shè)備先進(jìn)、操作方便、安全可靠、投資經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)集成解決方案。

碼頭自動(dòng)化堆場(chǎng)入口配置的RFID、道閘系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為三層架構(gòu)。三層架構(gòu)的設(shè)計(jì)思想以接口規(guī)范化為基礎(chǔ)，充分滿足了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、系統(tǒng)組成的靈活性。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

1）提供系統(tǒng)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)備連接框架（包括RFID 設(shè)備、車輛檢測(cè)器等），為生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)，同時(shí)擔(dān)負(fù)對(duì)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制。系統(tǒng)提供無(wú)縫集成連接，各種設(shè)備可以正常獨(dú)立工作，也可以在系統(tǒng)時(shí)序控制邏輯的控制下協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。

2）運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的軟件工程學(xué)根據(jù)業(yè)務(wù)流程提供信息處理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，合理規(guī)范數(shù)據(jù)流。同時(shí)提供易用、界面友好的客戶端操作系統(tǒng)。體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)遵從先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、靈活性和規(guī)范性。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

智能堆場(chǎng)RFID、道閘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，第一層是客戶端（用戶界面），提供用戶與系統(tǒng)的友好訪問；第二層是應(yīng)用服務(wù)器，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)；第三層是數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、訪問及其優(yōu)化。由于業(yè)務(wù)邏輯被提取到應(yīng)用服務(wù)器，大大降低了客戶端的負(fù)擔(dān)，因此也稱為瘦客戶（Thin Client）結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 三層架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)

三層結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)的二層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了應(yīng)用服務(wù)器，將應(yīng)用邏輯單獨(dú)進(jìn)行處理，從而使用戶界面與應(yīng)用邏輯位于不同的平臺(tái)上，兩者之間的通信協(xié)議由系統(tǒng)自行定義。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使應(yīng)用邏輯被所有用戶共享，是兩層結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件與三層應(yīng)用軟件之間最大的區(qū)別。

首先，通過將整個(gè)系統(tǒng)分為不同的邏輯塊，大大降低了應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)成本。三層結(jié)構(gòu)將表示部分和業(yè)務(wù)邏輯部分按照客戶層和應(yīng)用服務(wù)器相分離，客戶端和應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間的通訊、異構(gòu)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換等都可以通過中間件或者相關(guān)程序來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)或者應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)邏輯改變時(shí)，客戶端并不需要改變，反之亦然，大大提高了系統(tǒng)模塊的復(fù)用性，縮短了開發(fā)周期，降低了維護(hù)費(fèi)用。其次，系統(tǒng)的擴(kuò)展性大大增強(qiáng)。模塊化系統(tǒng)易于在縱向和水平兩個(gè)方向進(jìn)行拓展：一方面可以將系統(tǒng)升級(jí)為更大、更有力的平臺(tái)，同時(shí)也可以適當(dāng)增加規(guī)模來增強(qiáng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。由于擺脫了系統(tǒng)同構(gòu)性的限制，使分布數(shù)據(jù)處理成為可能。

1.4 系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)

智能堆場(chǎng)RFID 識(shí)別、道閘系統(tǒng)利用識(shí)別到的車輛信息結(jié)合碼頭運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)為進(jìn)場(chǎng)作業(yè)提供數(shù)據(jù)比對(duì)、動(dòng)態(tài)地為遠(yuǎn)程核心控制工作人員提供操作信息并對(duì)各種出錯(cuò)信息進(jìn)行報(bào)警和提示。對(duì)于這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，采用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)直接決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)用性。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三層軟件系統(tǒng)架構(gòu)，平衡各種硬件設(shè)備和關(guān)聯(lián)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的資源利用，最大程度優(yōu)化系統(tǒng)資源，使系統(tǒng)具有靈活性、使用維護(hù)便捷性、運(yùn)行穩(wěn)定性以及良好的開放性、靈活的擴(kuò)展性和層次的可伸縮性。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示。

碼頭自動(dòng)化RTG 堆場(chǎng)RFID 系統(tǒng)由RFID 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、RTG 通道道閘系統(tǒng)、出口道閘系統(tǒng)三部分組成，如圖3 所示。

圖3 集裝箱堆場(chǎng)RFID 閘口管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.1 RFID 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

RFID 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由電子車牌、RFID 讀寫器、射頻天線、嵌入式主機(jī)、電磁感應(yīng)線圈、車輛檢測(cè)器等組成。在堆場(chǎng)中，RFID 道口弱電箱設(shè)備安裝在道口金屬立桿上，金屬立桿的門框桿上安裝RFID 天線，設(shè)備箱中安裝RFID 讀卡器、工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、車輛檢測(cè)器等設(shè)備，如圖4 所示。RFID 電子車牌貼在車輛前擋風(fēng)玻璃上，通過道口觸發(fā)讀卡。

圖4 RFID 通道布置示意圖

2.2 RTG 通道道閘系統(tǒng)

當(dāng)RTG 轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，遠(yuǎn)控中心需要知道RTG 離開或進(jìn)入另一個(gè)堆場(chǎng)，為此設(shè)置RTG 通道道閘系統(tǒng)。接收移動(dòng)指令后，由安全人員負(fù)責(zé)手工或通過無(wú)線遙控器打開RTG 通道道閘，待RTG 全部通過并確認(rèn)安全后，再現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)或無(wú)線遙控進(jìn)行落桿關(guān)閉通道。

2.3 車輛出口道閘系統(tǒng)

車輛出口道閘系統(tǒng)主要功能是限制車輛逆向進(jìn)入堆場(chǎng)。由出口道閘、車輛檢測(cè)器、網(wǎng)絡(luò)控制、地感線圈組成。車輛離開駛近出口時(shí)，觸發(fā)抬桿地感，道閘抬桿放行，駛出通道離開落桿地感后，道閘自動(dòng)落桿。車輛離開道閘落桿后，道閘系統(tǒng)會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)控制器向港內(nèi)遠(yuǎn)程控制中心發(fā)送車輛離開信號(hào)，便于后臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行車輛作業(yè)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。逆向車輛駛?cè)肼錀U地感線圈道閘不抬桿。

碼頭自動(dòng)化堆場(chǎng)RFID、道閘系統(tǒng)作業(yè)流程如圖5所示。

碼頭堆場(chǎng)RFID、道閘系統(tǒng)功能調(diào)試及測(cè)試完成后，2 個(gè)堆場(chǎng)4 臺(tái)自動(dòng)化輪胎吊投入使用。堆場(chǎng)RFID、道閘系統(tǒng)性能穩(wěn)定，整個(gè)堆場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)用情況良好。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用不僅減輕了自動(dòng)化輪胎吊遠(yuǎn)控中心操作人員的作業(yè)壓力，同時(shí)還可清楚集卡進(jìn)出堆場(chǎng)的情況。使自動(dòng)化輪胎吊自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)作業(yè)更加合理。

對(duì)天津太平洋堆場(chǎng)RFID、道閘系統(tǒng)進(jìn)行了單功能測(cè)試、抗干擾性測(cè)試、可靠性測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試與作業(yè)系統(tǒng)融合性測(cè)試等多項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，RFID、道閘系統(tǒng)應(yīng)用于港口、碼頭作業(yè)管理可簡(jiǎn)化作業(yè)流程。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)RFID 自動(dòng)識(shí)別車牌號(hào)，在港區(qū)作業(yè)過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)核對(duì)，而且還能夠控制堆場(chǎng)內(nèi)道閘快速開放閘，為港口管理及高效運(yùn)行帶來便利。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少，易于實(shí)施，非常適用于箱區(qū)無(wú)人化管理的大型集裝箱碼頭，具有很好的行業(yè)推廣使用價(jià)值。

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