冷藏箱远程监控方案.docx

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冷藏箱远程监控方案

苏州迪芬德物联网科技有限公司

一、总论

1.1项目背景

随着我国对外开放程度的加大，进出口集装箱中货物品种与数量越来越多，其中药品、血液制品、冷藏保鲜食品所占的比例呈几何数增长。

由于这部分货物均需要靠冷藏箱进行装运，在运输途中和堆放时期冷藏箱内的温度监控显得日益重要。

在现代化港口的冷藏集装箱堆场，对于冷藏集装箱（简称冷箱）的管理工作主要体现在如何设定控制器的参数和读取数据记录仪的数据，对于箱量超过1000的堆场，大量的数据抄录和系统监视不仅消耗了大量人力和物力，而且由于不能及时了解运行状态，增加了货损的可能性。

图1冷藏集装箱数据采集系统登录界面

因此，利用当今世界上最先进的通信和数据处理技术，完成对冷藏箱堆场的远程无人数据监控，不仅可以削减人工巡检费用，同时还可使工作人员对制冷装置失灵做出快速反应。

目前我国港口正处在一个大发展的时期，研制港口大型冷箱堆场远程监控系统，既能满足目前各港口的迫切需要，也具有广阔的市场前景。

传统人工监控方式的弊端：

✓实时性差：

人工监测无法达到实时监测冷箱的状态，只能根据以往经验定期检测冷箱状态，存在一定的监测空白期，不利于冷箱内产品的存放。

✓效率低：

对于1000个以上冷箱的堆场而言，使用人工监测的方式无疑造成大量的人工劳动，减少劳动人员就会延长检测冷箱的时间，缩短检测周期，同时也会增加劳动强度，也不利于冷箱的监控。

✓成本高：

随着社会的发展人工劳动力的成本也在快速提高，采用3小时制的人工监控，一天监控记录最少8次，造成大量劳动人员处于监测冷箱状态上，同时由于监控不到位容易造成电力资源的浪费。

1.2国外科技创新发展概况

目前国外冷藏箱远程监控系统已进入成熟阶段，美国、丹麦、加拿大、德国等国家可实现对冷藏箱运输（船舶或公路运输）和中转（堆场）各阶段的实时监控。

国外采用的冷箱监测解决方案包括四芯接口方式、串口通信接口、电力载波通信接口。

（1）四芯接口方式

每个冷箱有一根四芯信号电缆，其中三芯用来传输“压缩机运行”、“融霜”、“温度正常”状态信号（AC24V），另外一芯是公共线。

公共线接至冷箱制冷装置的机壳，通过检测公共线和冷箱的接地线之间的连接即可判断该冷箱是否接至四极监测系统。

由于此方式不能读到温度具体数值以及冷箱在制冷过程中的温度变化过程，更不能对冷箱的温度进行控制，因此，在陆地堆场应用实际意义不大。

（2）串口通信接口方式

目前冷箱大都具有串行数据采集口，常见的串行数据接口有三针、五针、九针等不同形式。

而国际上使用的冷箱主要由CARRIER、DAIKIN、MITSUBISHI、THERMOKING生产，其串行通信接口协议不统一且不公开，采集数据时大都需要在现场用不同的电缆跳线与笔记本电脑相连，运行对应冷箱厂家附带的专用软件，即可采集到大量的信息包括实时温度值、箱体号、航行数据、历史数据等。

但目前只在冷藏箱检修时才会用到。

（3）电力载波通信接口方式

根据ISO10368标准生产的冷箱装载有电力线收发器（辅助调制器），电力线收发器可以将冷箱上的制冷装置、温度等多种信息调制成电力网络回路上的高频信号或低频信号。

当一个冷箱被接入电力线系统时，系统自动寻找并查询此箱的相关信息，通过一个或多个主调制解调器将高（低）频信号解调出来，进行初步分析，并将处理后的实时工况数据上传至监控中心，从而达到自动检测的目的。

同时，由于数据是通过冷箱的电力电缆传输的，且冷箱和主调制解调器之间数据传输量不受任何限制,这种数据的传输是双向的，即远程监控系统不仅可以接受冷箱数据，还可以对冷箱的温度点等进行修改。

但该监控系统容易受电网冲击干扰，稳定性差。

目前国外冷箱基本都配备了电力线载波调制器，利用PCT技术可建立起统一的远程监控系统，实现冷箱堆场的集中实时监控。

国际上使用的冷箱远程监控系统有丹麦LyngsoMarine公司的CMS2100、丹麦LANNG&STELMAN公司的REFCON远距离测控系统、加拿大ALITEK公司的RCMS系统、美国YORK公司的REFCON系统、SteinSohn公司的VisTa等，均采用PCT技术实现集中监控。

这些系统各有千秋，共同点是造价较高。

1.3国内科技创新发展概况

在我国，冷藏箱远程监控系统的研制及应用处于空白状态，原因主要是冷藏箱监控数据接口兼容、数据采集通讯和解析以及成本和维护等问题。

目前国内普遍采用人工抄录的方式进行收集冷箱状态，并在现场对冷箱进行相应操作,即在冷藏箱到达堆场后，工作人员每隔3小时对冷藏箱进行一次巡检，逐箱逐项记录冷藏箱的各种参数。

这种方式实时性低，监测效率低、造成大量人力浪费、成本较高。

我国多达70%的冷藏集装箱未安装PCT单元。

因为PCT单元价格昂贵，箱主一般不愿出资配置，而港口堆场仅短期保管，更不愿出资配置PCT单元。

我国冷藏集装箱的数据接口基本上是三种数据接口方式并存，这为开发远程监控系统造成了极大困难。

国内仅有的配置了远程监控系统的几个港口冷藏箱堆场，如上海港、大连港、南京龙潭港等均直接引进国外全套系统（采用电力线载波形式）。

但是由于价格昂贵，英文版软件系统人机接口不方便，且多数冷藏集装箱无PCT单元，目前多数处于闲置状态。

因此就国内而言在冷藏集装箱远程监控系统方面尚未有任何自主研发的产品或者半成品。

就理论方面而言我国在冷藏箱远程监控方面而言与国外技术同步，采用串口通讯方式但由于冷箱只公布了部分传输协议资料导致国内监控技术只存在于理论方面，实际应用中困难重重因此国内技术在理论方面主要以借鉴国外技术为主，自主研发能力尚未发展。

二、方案介绍

我公司研发的冷藏集装箱数据采集及控制系统，由软件和硬件两部分构成，后台软件运行于专用服务器，具备数据采集、存储、备份、查询、报警、远程控制、生成报表等功能，软件构架采用B/S结构，只要是授权的用户可以根据其授予的权限在网络任意一台计算机上实现相应的操作。

系统整体方案见图2。

图2系统整体方案示意图

2.1硬件设备

硬件部分（如图3）有集中控制器和参数采集终端组成。

集中控制器采用高性能ARM32位MCU进行控制，提供了24路终端通信接口和24路电压控制接口，可同时监控24路冷箱的数据并可远程控制冷箱的启动与关闭；设备提供3G和以太网接口实现远程广域网和局域网接入。

冷藏箱数据采集终端通过定制的一体式防拉断插头与冷藏箱控制板上的串行通信接口进行通信。

通过该接口终端可读出冷藏箱的箱号、位置、温度、湿度、电压、电流等信息并发送给集中控制器。

数据终端可识别TK、Carrier、StarCool、DK四大制造商的冷藏箱。

设备提供弹簧式数据线，可根据距离远近自如调整。

设备采用PC硬胶骨架外包PVC软胶浇铸而成，防水耐用。

终端为5芯插头，每个堆场配一定数量的3芯转接头以与少数特殊冷箱通信。

图3冷藏型集中控制器

技术指标：

✓ARM32位MCU、485现场总线

✓以太网接口、ZigBee短程无线接口、CMDA接口

✓24路终端接口、24路电源控制

✓集成度更紧密节约成本

✓识别率高、读取信息全面可达到90%以上

✓自动收线盒或弹簧式数据线

✓一体式防水接头，正常插拔次数11000次以上

✓方便耐用，便于插拔操作

2.2后台监控设备

后台监控设备一般为服务器，可将收到的冷藏箱数据进行备份，并提供实时显示、报警、查询、设置、通断电等功能。

码头管理人员能够清晰直观的了解到冷藏箱的堆存状况和冷藏箱的运行状态。

如图4、图5。

图4冷藏箱堆存状

图5冷藏箱运行信息

后台监控软件基本功能：

1）实时显示：

冷箱箱号、箱类型、位置信息、回风温度、设定温度以及电流电压信息可以实时地在监视屏上显示，并与其箱位一一对应。

2）色彩警示：

采用不同颜色的图案来表示冷藏箱不同的工作状态，无需人工判读具体温度值即对冷藏箱工作状态可一目了然。

如橙色表示监测设备在线但无冷箱连接，绿色表示冷藏箱工作正常并显示回风温度，灰色表示监测设备故障，棕色表示温度超限报警。

3）报警信息：

软件将发生报警的冷藏箱集中显示在一个窗口内，操作人员可以直观的看到场区冷藏箱有无报警。

同时，通过连接的报价设备发出声光报警。

4）自动识别：

当冷藏箱接入设备后，系统可以马上识别冷藏箱的种类、箱位置、箱号、连接时间等等信息，并将这些信息保存在系统数据库以备后续查询。

图6历史信息查询

5）信息查询：

软件提供按条件查询冷藏箱历史信息的功能如图6，并可以将查询到的历史信息生成报表。

6）安全机制：

系统使用分级的安全认证机制，非授权人员将不能进入软件进行操作。

2.3系统优势

冷藏箱电力载波远程监控系统相较于传统监测方案的优势是非常明显的，在节约了大量人力资源的同时，提高了港口的信息化程度。

冷藏箱远程监控系统的优势：

✓能够与码头现用的管理系统进行对接，操作更方便。

✓减少人力物力的配备以及工作人员的劳动强度，提高经济效益。

✓利用远程数据采集系统对冷藏箱进行实时监控，提高了码头信息化程度。

✓实时显示冷藏箱的箱号、箱类型、位置信息、回风温度、设定温度、送风温度以及电流、电压等信息。

✓自动识别冷藏箱的信息，并将这些信息保存在系统数据库以备后续查询。

图7堆架设备安装示意图

三、安装说明

冷藏箱远程监控系统主要由集中控制器和参数采集终端，以及通信设备构成。

安装示意图如图7所示。

3.1安装过程

（1）因堆架构造可能存在差异，应在安装前进行现场实地勘查。

在保证在走线方便，节省线材，最小程度的淋雨程度的情况下确认集中控制器的安装位置以及光纤收发器的放置位置。

（2）铺设线缆最好与冷箱供电线路在同一个线槽中走线，如果无法使用堆架的线槽，应选择符合标准的PVC管道或钢制管道进行线路铺设。

铺设线缆的时候应根据之前的排序顺序对线缆进行标记，方便以后接线时确认接入位置。

（3）在之前确定的安装位置上安装参数采集器，需确保采集器面朝冷箱，缆线接入段朝上，采集线路端朝下。

固定牢靠，不脱落。

（4）在之前确定的位置安装集中控制器，集中控制

器盒体背面有4个螺丝孔，可在堆架上根据盒体大小制作一个支架，支架可以焊接在堆架上，亦可以用螺丝固定在堆架上。

（5）线缆接入集中控制器。

打开集中控制器，控制器中有4排接线端子，由左往右由上到下依次按之前确认的顺序接入。

完成后检查线序。

确认无误后拧紧左右两侧的防水螺丝、拧紧盒盖。

（缆线为8芯线材，颜色顺序为，棕红橙黄绿蓝白黑。

4根为一组，对应一路参数采集器，2路参数采集器对应一根线，对应一个参数采集终端）如图8。

（6）线缆接入参数采集终端。

打开参数采集终端，将线缆接入，顺序在终端盒体中已标明。

接入完成后，检查线序。

确认无误后盖上盒体上盖，拧紧螺丝，并将线缆接入位置的防水螺丝拧紧。

如图9。

（7）电源线接入集中控制器。

根据之前确定的电源接入方式铺设电源线，首先将电源线接入集中控制器上的电源接线端子上并确认开关处于关闭状态；关闭配电箱电闸，将电源想的另一端接入堆架的配电箱，确认两端均无短路的情况下，打开配电箱电闸，再打开集中控制器开关，看到电源指示灯亮起后关掉开关，拧紧防水螺丝，拧好集中控制器盒体。

（此时请不要打开开关）

（8）光纤接入。

按照之前确定的位置安装光纤收发器，并通过网线连接集中控制器（集中控制器上有统一的网口，亦可按照实际需求做无线数据传输）。

（9）软件安装。

在服务器中安装软件，进行简单的配置及设置后，重启软件，即可查看当前设备状态。

（10）设备检测与故障排查。

在实际设备安装过程中，难免出现虚接，短接等现象，故完成以上操作后因进行设备的检测与故障排查。

但因引起故障发生的情况多种多样，详情请参阅我公司的产品说明书或联系我公司工程师协商解决。