閻旭文 楊雷忠

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司 上海 200125

0 引言

港口起重機(jī)常見的有岸邊集裝箱起重機(jī)（以下簡稱岸橋）和堆場集裝箱起重機(jī)（以下簡稱場橋），場橋包括輪胎式集裝箱起重機(jī)（以下簡稱輪胎吊）和軌道式集裝箱起重機(jī)（以下簡稱軌道吊），通常都會在每臺設(shè)備上配備通信廣播系統(tǒng)。通信廣播系統(tǒng)的主要作用是向起重機(jī)司機(jī)、理貨員、鎖頭裝卸工、集裝箱卡車司機(jī)以及港口起重機(jī)設(shè)備維護(hù)人員等提供尋呼和對講功能。該系統(tǒng)是維護(hù)現(xiàn)場作業(yè)人員生命安全、設(shè)備安全運行以及方便設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的重要通訊保障。

以往岸橋和場橋常用的通信廣播系統(tǒng)有Page/Party有線群呼通信機(jī)系統(tǒng)、程控電話系統(tǒng)、數(shù)字廣播電話等。隨著岸橋遠(yuǎn)控技術(shù)和自動化堆場技術(shù)的不斷成熟，對設(shè)備通信廣播系統(tǒng)的需求已逐漸從單機(jī)向地面中控室轉(zhuǎn)變，越來越多的項目要求碼頭中控室可以對場地內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行尋呼和對講。正是基于當(dāng)前自動化碼頭的發(fā)展需求，IP電話逐漸被應(yīng)用于港口起重設(shè)備上，且使用量逐年大幅增加。針對遠(yuǎn)控和自動化堆場項目，IP電話系統(tǒng)在功能要求和系統(tǒng)配置方面并不復(fù)雜，但由于港口設(shè)備特有的要求，市場上的IP電話設(shè)計方案并不能直接使用，這就需要針對港口起重機(jī)設(shè)備的實際使用要求，對IP電話系統(tǒng)要求和配置方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1 常用通訊廣播系統(tǒng)

1.1 Page/Party有線群呼通信機(jī)系統(tǒng)

Page/Party系統(tǒng)既是一種基于分散式語音放大站的結(jié)構(gòu)，可同時向所有的語音放大站進(jìn)行緊急呼叫，又是一個對講及公共廣播系統(tǒng)，基于分布式、多通道、面向公眾的總線式通訊系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)內(nèi)所有通信機(jī)相互并聯(lián)，任何一個室內(nèi)或室外通信機(jī)都包含功率放大器和通話放大電路，當(dāng)一個通信機(jī)出現(xiàn)故障，其他通信機(jī)不受影響，仍能繼續(xù)廣播呼叫和通信。

每個通信機(jī)具有廣播呼叫和電話通信2種功能，當(dāng)其中任何一個通信機(jī)進(jìn)行廣播呼叫時，系統(tǒng)中的其他喇叭會同時廣播，該功能用于發(fā)布命令和呼叫尋人電話通信功能允許2個或多個通信機(jī)用手柄進(jìn)行通話。

系統(tǒng)內(nèi)所有通信機(jī)用1根含2對雙絞線的屏蔽電纜并聯(lián)連接，其中1對雙絞線作為呼叫線，另一對雙絞線作為通信線；還有1根是電源線，如圖1所示。

圖1 有線群呼系統(tǒng)示意圖

1.2 程控電話系統(tǒng)

程控電話系統(tǒng)是一個適用于工業(yè)環(huán)境的電話交換機(jī)系統(tǒng)，具備一般電話的所有功能，同時具有可編分機(jī)號碼功能。系統(tǒng)設(shè)計和組成靈活多樣，通用性強(qiáng)，安裝和操作方便。系統(tǒng)內(nèi)只能進(jìn)行逐個位置的撥號尋找，不具備群呼和群廣播功能。針對港口起重機(jī)設(shè)備司機(jī)室需要的廣播功能，需要單獨再配一套由麥克風(fēng)、腳踏開關(guān)、桌邊通訊機(jī)和室外喇叭構(gòu)成的廣播系統(tǒng)。

系統(tǒng)內(nèi)電話有1根包含2對雙絞線的屏蔽電纜星型連接到交換機(jī)，其中1對雙絞線作為電話的通信線，另一對雙絞線作為電源線，如圖2所示。

圖2 程控電話系統(tǒng)示意圖

1.3 數(shù)字廣播電話系統(tǒng)

數(shù)字廣播電話系統(tǒng)主要由數(shù)字廣播電話獨立組網(wǎng)，適用于通訊工作環(huán)境復(fù)雜且外部干擾嚴(yán)重的環(huán)境。終端話機(jī)屬于數(shù)字電話的一種，主要基于電力線載波原理，采用了DSP(微處理器)數(shù)字處理技術(shù)和OFDM(自適應(yīng)調(diào)制)載波格式，使終端話機(jī)具備了較強(qiáng)的電磁兼容性和抗干擾能力。同時，由于采用了PCM(脈沖編碼調(diào)制)數(shù)字處理技術(shù)，通過利用無損數(shù)據(jù)壓縮方式即可實現(xiàn)音質(zhì)無損耗，清晰宏亮。

數(shù)字廣播電話系統(tǒng)采用廣播優(yōu)先級控制，任意一臺終端話機(jī)即可對整個區(qū)域進(jìn)行廣播呼叫；支持三方通話，設(shè)置時間內(nèi)無音頻輸入，自動切斷音頻電路，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。該系統(tǒng)能自動匹配通訊距離的阻抗，自動實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)和溫度補(bǔ)償，具備自恢復(fù)和過載保護(hù)保護(hù)功能。

如圖3所示，該系統(tǒng)支持點對點、級聯(lián)式、分布式等布線方式，通訊線可選擇普通的1.5 mm2雙芯線纜，無屏蔽層要求，可有效降低線纜成本。

圖3 數(shù)字廣播電話系統(tǒng)示意圖

1.4 IP電話系統(tǒng)

隨著港口起重機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)控技術(shù)和自動化堆場技術(shù)的成熟，有些項目開始要求地面控制中心操作人員要能和單機(jī)設(shè)備現(xiàn)場或堆場交互區(qū)的人員進(jìn)行通話，在這樣的工況要求下，基于VoIP(Voice over Internet Protocol)數(shù)字電話的IP電話系統(tǒng)開始出現(xiàn)在各個碼頭。

VoIP電話系統(tǒng)將語音、圖像、視頻等模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并以封包的形式通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸[2]?；驹硎峭ㄟ^語音的壓縮算法對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，按照TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包送至接收地，再將這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解壓處理后恢復(fù)成原來的語音信號，從而達(dá)到由互聯(lián)網(wǎng)傳送語音的目的[3]。

IP電話系統(tǒng)當(dāng)前常用的協(xié)議（Control Protocol）主要有H.323、會話啟動協(xié)議（Session Initiation Protocol，SIP）、MEGACO和MGCP?；诟劭谄鹬貦C(jī)設(shè)備的實際需求和碼頭的實際情況，推薦采用SIP協(xié)議。SIP是由因特網(wǎng)工程任務(wù)組IETF于1999年提出的一個基于IP網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)多媒體實時通信應(yīng)用的一種信令協(xié)議[4]。該協(xié)議包括會話描述協(xié)議（SDP）、會話發(fā)布協(xié)議（SAP）和會話啟動協(xié)議。SIP是一個基于文本的應(yīng)用層控制協(xié)議，用于創(chuàng)建、修改和釋放一個或多個參與者的會話，類似于HTTP和SMTP，具有簡單、高效、靈活的特點[5]。

當(dāng)前，在岸橋和場橋上使用的IP電話功能主要有點對點撥號語音呼叫、組網(wǎng)群呼廣播、遠(yuǎn)距離通訊、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意電話通訊、以及一鍵呼叫和免提按鍵功能等。接口采用網(wǎng)線方式，未來也可采用光纖方式。系統(tǒng)通訊距離要可覆蓋整個碼頭，系統(tǒng)還可外接大功率揚聲器，滿足碼頭擴(kuò)音和廣播的需要。系統(tǒng)示意圖見圖4和圖5。

圖4 IP電話在機(jī)上部分示意圖

圖5 IP電話在地面中控部分示意圖

1.5 港口起重機(jī)設(shè)備上常用通訊廣播系統(tǒng)比較

從Page/Party電話系統(tǒng)和程控電話系統(tǒng)，到基于電力載波技術(shù)的數(shù)字廣播電話系統(tǒng)，再到基于VoIP話機(jī)終端的IP電話系統(tǒng)，為更好地說明它們各自的特點，現(xiàn)就其功能、通訊協(xié)議、價格、聯(lián)網(wǎng)范圍以及市場產(chǎn)品差異性等方面進(jìn)行比較，詳見表1。

表1 各類電話比較

2 港口起重機(jī)設(shè)備IP電話標(biāo)準(zhǔn)化方案

目前市場上的IP電話產(chǎn)品和系統(tǒng)配置方案尚無法完全滿足當(dāng)前港口起重機(jī)的使用要求，其原因一方面是話機(jī)自身不能完全滿足港口起重機(jī)使用環(huán)境；另一方面是各碼頭港口起重機(jī)的遠(yuǎn)程控制要求和自動化堆場運行工況的設(shè)計要求有所不同，導(dǎo)致對IP電話系統(tǒng)的要求也不盡相同，沒有統(tǒng)一方案。此外，各供貨商出于自身考慮，在產(chǎn)品或系統(tǒng)開發(fā)中部分采用了私有協(xié)議，也會導(dǎo)致市場上同類產(chǎn)品的可替換性變差。為了能讓市場上IP電話產(chǎn)品更好地服務(wù)于港口起重機(jī)，也為了規(guī)范此類產(chǎn)品的設(shè)計選型，通過調(diào)查研究，針對當(dāng)前市場的情況制定出現(xiàn)階段的港口起重機(jī)設(shè)備IP電話系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化方案，并就未來的系統(tǒng)優(yōu)化升級方案提出方案，以期達(dá)到規(guī)范設(shè)計選型和降本的目的。

2.1 IP電話系統(tǒng)要求

2.1.1 話機(jī)硬件配置基本要求

話機(jī)可被簡單分為戶外機(jī)和戶內(nèi)機(jī)2種，具有抗震功能。戶外機(jī)需具有抗紫外線、抗高鹽霧、耐腐蝕、IP防護(hù)等級要求不低于IP55等特點。話機(jī)支持SIP對講和SIP廣播，可脫機(jī)對講，采用數(shù)字全雙工方式，通話清晰，具備較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。面板需有0～9數(shù)字鍵，提供廣播、免提、緊急呼叫功能鍵。話機(jī)需要配置揚聲器，戶內(nèi)不低于3 W，戶外不低于10 W，司機(jī)室外揚聲器不低于30 W。話機(jī)的詳細(xì)分類描述如下：

2）戶內(nèi)電話 自帶揚聲器，音量可調(diào)，對任意終端對講和廣播。適用于PLC房、電氣房、動力房、機(jī)器房、俯仰室以及理貨室等處；

3）司機(jī)室型電話 對任意終端對講和廣播。需要配置桌邊鵝頸式麥克風(fēng)，腳踏開關(guān)。戶內(nèi)話機(jī)可外接揚聲器，其功率不低于30 W（如果司機(jī)室外采用網(wǎng)絡(luò)揚聲器，可忽略此要求）；

4）電梯電話 采用雙線形式通訊，載波模塊可外置。自帶揚聲器，音量可調(diào)，對任意終端對講和廣播；

5）中控室電話 桌面型電話，帶鵝頸式麥克風(fēng)，無聽筒式，對任意終端對講和廣播。如果為觸屏型，需提供將分組或分區(qū)調(diào)到當(dāng)前的接口，一個分組或一個分區(qū)可用來代表一臺機(jī)的所有終端；

6）單鍵型呼叫/對講機(jī) 緊急呼叫鍵，可設(shè)置呼叫目標(biāo)，適用于碼頭堆場集卡交互區(qū)。

2.1.2 語音交換機(jī)和系統(tǒng)平臺軟件基本要求

語音交換機(jī)與系統(tǒng)平臺軟件功能相近，是組網(wǎng)的核心。如果系統(tǒng)采用語音交換機(jī)，則無需采用平臺軟件；如果采用平臺軟件，則無需采用語音交換機(jī)。無論是采用語音交換機(jī)還是系統(tǒng)平臺軟件都應(yīng)具備以下功能：

1）支持SIP對講和SIP廣播 具有點對點對講，單點廣播、分區(qū)廣播、全區(qū)廣播功能；

任務(wù)驅(qū)動型作文的情景材料是作文內(nèi)容核心，考生在作文時應(yīng)圍繞它而落實任務(wù)指令，使考生在情景材料中辨析關(guān)鍵概念，在情景材料中多維度的比較中說理論證。那么怎樣立足情景材料落實任務(wù)指令呢？《18年與中國的一同成長》（廣東考生）一文是典范。

2）振鈴組功能 振鈴組創(chuàng)建、修改、刪除、查詢，可設(shè)置振鈴結(jié)果類型和振鈴時間，如果終端有速撥鍵，可設(shè)置振鈴組編號，一鍵呼叫振鈴組；

3）隊列式呼叫功能 呼叫隊列創(chuàng)建、修改、刪除、查詢，可設(shè)置排隊策略和跳轉(zhuǎn)的間隔時間；如果終端有速撥鍵，可設(shè)置隊列編號，一鍵呼叫隊列；

4）廣播組創(chuàng)建、修改、刪除、查詢（如果振鈴組和呼叫隊列已包含廣播功能，則此條無需）；

5）發(fā)起預(yù)錄音廣播或提供客戶端SDK用戶可實現(xiàn)預(yù)錄音廣播；

6）語音交換機(jī)的用戶數(shù)和通話并發(fā)數(shù)應(yīng)根據(jù)實際需求決定 通常情況下岸橋的通話并發(fā)數(shù)不會大于20路，場橋的通話并發(fā)數(shù)不會大于10路，中控語音交換機(jī)的通話并發(fā)數(shù)不建議超過60路；

7）如果采用平臺軟件，要求SIP設(shè)備接入能力為1 000終端。

2.1.3 通訊網(wǎng)絡(luò)要求

系統(tǒng)傳輸中85 m以內(nèi)建議使用網(wǎng)線，網(wǎng)線規(guī)格建議為4×2×26 AWG，有屏蔽；超過85 m則建議使用光纜。機(jī)上長距離傳輸采用62.5/125 μm的多模光纖，從設(shè)備到中控的傳輸建議采用9/125 μm的單模光纖。

2.2 IP電話系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置方案

2.2.1 機(jī)上IP電話標(biāo)準(zhǔn)布置與配置方案

以常規(guī)岸橋和軌道吊為例，推薦常規(guī)岸橋上布置13個IP電話，具體布置方案見圖6。推薦軌道吊上布置6個IP電話，具體布置方案見圖7。

圖6 岸橋IP電話標(biāo)準(zhǔn)布置圖

圖7 軌道吊IP電話標(biāo)準(zhǔn)布置圖

明確IP電話的標(biāo)準(zhǔn)布置后，再考慮IP電話配置的標(biāo)準(zhǔn)方案。原則上，距離電氣房IP電話控制箱85 m以內(nèi)區(qū)域的IP電話可采用POE供電，超過85 m區(qū)域的IP電話可采用光纖模式，通過光轉(zhuǎn)模塊實現(xiàn)光電信號的轉(zhuǎn)變?？紤]到岸橋電梯的隨行電纜內(nèi)無光纜，建議通過載波模塊來實現(xiàn)信號的雙線傳輸。岸橋單機(jī)設(shè)備上的IP電話配置標(biāo)準(zhǔn)方案如圖8所示，軌道吊單機(jī)設(shè)備上的IP電話配置標(biāo)準(zhǔn)方案如圖9所示。

圖8 岸橋單機(jī)IP電話配置標(biāo)準(zhǔn)方案

圖9 軌道吊IP電話配置標(biāo)準(zhǔn)方案

由圖8可知，在岸橋的標(biāo)準(zhǔn)配置方案中設(shè)置了司機(jī)室電話（覆蓋小車架電話）、前大梁電話、俯仰室電話（覆蓋梯形架電話）、海測大車電話以及陸側(cè)大車電話（覆蓋理貨室電話）等5路62.5/125 μm的多模光纜傳輸線路。如果是雙小車岸橋，中轉(zhuǎn)平臺電話可由陸側(cè)大車電話這一路來覆蓋。

由圖9可知，在常規(guī)自動化軌道吊的IP電話標(biāo)準(zhǔn)配置中只設(shè)置了從中轉(zhuǎn)接線箱到司機(jī)室電話一路62.5/125 μm的多模光纜傳輸線路，該路電話可覆蓋小車架電話。非電氣房一側(cè)大車電話距離電氣房較遠(yuǎn)，經(jīng)綜合考慮成本，采用POE供電，直接從中轉(zhuǎn)箱通過網(wǎng)線引出。

從單機(jī)設(shè)備到地面控制中心，岸橋、自動化軌道吊均采用9/125 μm的單模光纜進(jìn)行信號傳輸。

2.2.2 地面中控室IP電話標(biāo)準(zhǔn)配置方案

地面中控室IP電話標(biāo)準(zhǔn)配置方案如圖10所示，地面控制中心IP電話系統(tǒng)除與設(shè)備（岸橋和軌道吊）相連外，還通過9/125 μm的單模光纜經(jīng)信號變換后與堆場集卡交互區(qū)的IP網(wǎng)絡(luò)對講終端相連，主要是服務(wù)于交互區(qū)的集卡司機(jī)，方便其與中控室操作人員進(jìn)行溝通。

圖10 地面中控室IP電話標(biāo)準(zhǔn)配置方案

從現(xiàn)有自動化碼頭遠(yuǎn)程控制臺的設(shè)計看，岸橋和軌道吊的操作是分開的。岸橋遠(yuǎn)程操作臺的數(shù)量一般等于岸橋的數(shù)量，主要原因是主小車需要人工介入。對自動化軌道吊而言，需要人工介入的操作較少，被操作的機(jī)器較多，所以通常情況下軌道吊遠(yuǎn)程操作臺的數(shù)量遠(yuǎn)小于軌道吊的數(shù)量。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)方案的優(yōu)化升級

當(dāng)前，語音交換機(jī)+網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是較常用的主流配置形式，極少有項目采用系統(tǒng)平臺軟件+網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置形式。無論哪種形式，目前基本都是基于點對點操作和分組快捷鍵操作的人工選擇模式，要求操作人員記憶一些號碼。如果被操作的設(shè)備（如軌道吊）需要經(jīng)常變化，整個語音系統(tǒng)的操作就顯得比較麻煩。通過調(diào)研，本文提出了語音系統(tǒng)的自動切臺功能，該功能的開發(fā)是對現(xiàn)有IP電話系統(tǒng)的功能補(bǔ)充或稱為優(yōu)化升級。具體做法是遠(yuǎn)控操作臺切換操作不同的設(shè)備時，遠(yuǎn)控操作人員的起重機(jī)語音系統(tǒng)自動切換到相應(yīng)的起重機(jī)，無需人工選擇。如圖11所示，當(dāng)流程①時，遠(yuǎn)控操作人員操作的是1號岸橋（STS1），此時如果操作人呼叫1理貨室，實際呼叫的是101理貨室；操作臺切換到2號岸橋（STS2）后，即當(dāng)流程②時，操作人再呼叫1理貨室，實際呼叫的是201理貨室，這樣將極大地方便遠(yuǎn)控操作人員對起重機(jī)語音系統(tǒng)的使用。

圖11 起重機(jī)語音系統(tǒng)自動切換

如圖12所示，按照設(shè)備總調(diào)度指令，遠(yuǎn)控PLC與指定設(shè)備建立連接后，通過TCP/IP與語音交換機(jī)（或系統(tǒng)平臺軟件）進(jìn)行通訊，將被操作設(shè)備信息發(fā)送給語音系統(tǒng)，語音系統(tǒng)收到指令后，按照指令要求自動與被指定設(shè)備建立語音連接。

圖12 語音系統(tǒng)自動切換功能實現(xiàn)

3 結(jié)語

本文介紹了港口起重機(jī)常用的4類通訊廣播系統(tǒng)的構(gòu)成、功能及特點比較，并重點就IP電話系統(tǒng)的話機(jī)硬件配置基本要求、語音交換機(jī)和系統(tǒng)平臺軟件基本要求、通訊網(wǎng)絡(luò)要求、單機(jī)IP電話標(biāo)準(zhǔn)布置與配置方案以及地面中控室IP電話標(biāo)準(zhǔn)配置方案做了研究分析，并提出了完整的建議配置方案。在此基礎(chǔ)上，還通過介紹分析語音系統(tǒng)自動切臺功能，為未來IP電話語音系統(tǒng)的優(yōu)化升級提供參考。當(dāng)前IP電話系統(tǒng)已經(jīng)成為遠(yuǎn)控岸橋和自動化堆場首選的通訊廣播系統(tǒng)，本文希望通過深入研究進(jìn)一步明確IP電話的配置要求、功能要求和標(biāo)準(zhǔn)配置方案，從而服務(wù)好、規(guī)范好港口起重機(jī)設(shè)備配套件市場上該類產(chǎn)品的設(shè)計選型，合理有效地做好成本控制。