港口起重机IP电话系统及其配置方案

阎旭文 杨雷忠

上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 200125

0 引言

港口起重机常见的有岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）和堆场集装箱起重机（以下简称场桥），场桥包括轮胎式集装箱起重机（以下简称轮胎吊）和轨道式集装箱起重机（以下简称轨道吊），通常都会在每台设备上配备通信广播系统。通信广播系统的主要作用是向起重机司机、理货员、锁头装卸工、集装箱卡车司机以及港口起重机设备维护人员等提供寻呼和对讲功能。该系统是维护现场作业人员生命安全、设备安全运行以及方便设备维护保养的重要通讯保障。

以往岸桥和场桥常用的通信广播系统有Page/Party有线群呼通信机系统、程控电话系统、数字广播电话等。随着岸桥远控技术和自动化堆场技术的不断成熟，对设备通信广播系统的需求已逐渐从单机向地面中控室转变，越来越多的项目要求码头中控室可以对场地内的设备进行寻呼和对讲。正是基于当前自动化码头的发展需求，IP电话逐渐被应用于港口起重设备上，且使用量逐年大幅增加。针对远控和自动化堆场项目，IP电话系统在功能要求和系统配置方面并不复杂，但由于港口设备特有的要求，市场上的IP电话设计方案并不能直接使用，这就需要针对港口起重机设备的实际使用要求，对IP电话系统要求和配置方案进行标准化处理。

1 常用通讯广播系统

1.1 Page/Party有线群呼通信机系统

Page/Party系统既是一种基于分散式语音放大站的结构，可同时向所有的语音放大站进行紧急呼叫，又是一个对讲及公共广播系统，基于分布式、多通道、面向公众的总线式通讯系统[1]。系统内所有通信机相互并联，任何一个室内或室外通信机都包含功率放大器和通话放大电路，当一个通信机出现故障，其他通信机不受影响，仍能继续广播呼叫和通信。

每个通信机具有广播呼叫和电话通信2种功能，当其中任何一个通信机进行广播呼叫时，系统中的其他喇叭会同时广播，该功能用于发布命令和呼叫寻人电话通信功能允许2个或多个通信机用手柄进行通话。

系统内所有通信机用1根含2对双绞线的屏蔽电缆并联连接，其中1对双绞线作为呼叫线，另一对双绞线作为通信线；还有1根是电源线，如图1所示。

图1 有线群呼系统示意图

1.2 程控电话系统

程控电话系统是一个适用于工业环境的电话交换机系统，具备一般电话的所有功能，同时具有可编分机号码功能。系统设计和组成灵活多样，通用性强，安装和操作方便。系统内只能进行逐个位置的拨号寻找，不具备群呼和群广播功能。针对港口起重机设备司机室需要的广播功能，需要单独再配一套由麦克风、脚踏开关、桌边通讯机和室外喇叭构成的广播系统。

系统内电话有1根包含2对双绞线的屏蔽电缆星型连接到交换机，其中1对双绞线作为电话的通信线，另一对双绞线作为电源线，如图2所示。

图2 程控电话系统示意图

1.3 数字广播电话系统

数字广播电话系统主要由数字广播电话独立组网，适用于通讯工作环境复杂且外部干扰严重的环境。终端话机属于数字电话的一种，主要基于电力线载波原理，采用了DSP(微处理器)数字处理技术和OFDM(自适应调制)载波格式，使终端话机具备了较强的电磁兼容性和抗干扰能力。同时，由于采用了PCM(脉冲编码调制)数字处理技术，通过利用无损数据压缩方式即可实现音质无损耗，清晰宏亮。

数字广播电话系统采用广播优先级控制，任意一台终端话机即可对整个区域进行广播呼叫；支持三方通话，设置时间内无音频输入，自动切断音频电路，进入待机状态。该系统能自动匹配通讯距离的阻抗，自动实现功率调节和温度补偿，具备自恢复和过载保护保护功能。

如图3所示，该系统支持点对点、级联式、分布式等布线方式，通讯线可选择普通的1.5 mm2双芯线缆，无屏蔽层要求，可有效降低线缆成本。

图3 数字广播电话系统示意图

1.4 IP电话系统

随着港口起重机设备远控技术和自动化堆场技术的成熟，有些项目开始要求地面控制中心操作人员要能和单机设备现场或堆场交互区的人员进行通话，在这样的工况要求下，基于VoIP(Voice over Internet Protocol)数字电话的IP电话系统开始出现在各个码头。

VoIP电话系统将语音、图像、视频等模拟信号转化为数字信号，并以封包的形式通过IP网络进行传输[2]。基本原理是通过语音的压缩算法对语音数据进行压缩处理，按照TCP/IP标准进行打包，经过IP网络把数据包送至接收地，再将这些语音数据包串起来，经过解压处理后恢复成原来的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的[3]。

IP电话系统当前常用的协议（Control Protocol）主要有H.323、会话启动协议（Session Initiation Protocol，SIP）、MEGACO和MGCP。基于港口起重机设备的实际需求和码头的实际情况，推荐采用SIP协议。SIP是由因特网工程任务组IETF于1999年提出的一个基于IP网络中实现多媒体实时通信应用的一种信令协议[4]。该协议包括会话描述协议（SDP）、会话发布协议（SAP）和会话启动协议。SIP是一个基于文本的应用层控制协议，用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话，类似于HTTP和SMTP，具有简单、高效、灵活的特点[5]。

当前，在岸桥和场桥上使用的IP电话功能主要有点对点拨号语音呼叫、组网群呼广播、远距离通讯、网络内任意电话通讯、以及一键呼叫和免提按键功能等。接口采用网线方式，未来也可采用光纤方式。系统通讯距离要可覆盖整个码头，系统还可外接大功率扬声器，满足码头扩音和广播的需要。系统示意图见图4和图5。

图4 IP电话在机上部分示意图

图5 IP电话在地面中控部分示意图

1.5 港口起重机设备上常用通讯广播系统比较

从Page/Party电话系统和程控电话系统，到基于电力载波技术的数字广播电话系统，再到基于VoIP话机终端的IP电话系统，为更好地说明它们各自的特点，现就其功能、通讯协议、价格、联网范围以及市场产品差异性等方面进行比较，详见表1。

表1 各类电话比较

2 港口起重机设备IP电话标准化方案

目前市场上的IP电话产品和系统配置方案尚无法完全满足当前港口起重机的使用要求，其原因一方面是话机自身不能完全满足港口起重机使用环境；另一方面是各码头港口起重机的远程控制要求和自动化堆场运行工况的设计要求有所不同，导致对IP电话系统的要求也不尽相同，没有统一方案。此外，各供货商出于自身考虑，在产品或系统开发中部分采用了私有协议，也会导致市场上同类产品的可替换性变差。为了能让市场上IP电话产品更好地服务于港口起重机，也为了规范此类产品的设计选型，通过调查研究，针对当前市场的情况制定出现阶段的港口起重机设备IP电话系统标准化方案，并就未来的系统优化升级方案提出方案，以期达到规范设计选型和降本的目的。

2.1 IP电话系统要求

2.1.1 话机硬件配置基本要求

话机可被简单分为户外机和户内机2种，具有抗震功能。户外机需具有抗紫外线、抗高盐雾、耐腐蚀、IP防护等级要求不低于IP55等特点。话机支持SIP对讲和SIP广播，可脱机对讲，采用数字全双工方式，通话清晰，具备较强的抗电磁干扰能力。面板需有0～9数字键，提供广播、免提、紧急呼叫功能键。话机需要配置扬声器，户内不低于3 W，户外不低于10 W，司机室外扬声器不低于30 W。话机的详细分类描述如下：

2）户内电话 自带扬声器，音量可调，对任意终端对讲和广播。适用于PLC房、电气房、动力房、机器房、俯仰室以及理货室等处；

3）司机室型电话 对任意终端对讲和广播。需要配置桌边鹅颈式麦克风，脚踏开关。户内话机可外接扬声器，其功率不低于30 W（如果司机室外采用网络扬声器，可忽略此要求）；

4）电梯电话 采用双线形式通讯，载波模块可外置。自带扬声器，音量可调，对任意终端对讲和广播；

5）中控室电话 桌面型电话，带鹅颈式麦克风，无听筒式，对任意终端对讲和广播。如果为触屏型，需提供将分组或分区调到当前的接口，一个分组或一个分区可用来代表一台机的所有终端；

6）单键型呼叫/对讲机 紧急呼叫键，可设置呼叫目标，适用于码头堆场集卡交互区。

2.1.2 语音交换机和系统平台软件基本要求

语音交换机与系统平台软件功能相近，是组网的核心。如果系统采用语音交换机，则无需采用平台软件；如果采用平台软件，则无需采用语音交换机。无论是采用语音交换机还是系统平台软件都应具备以下功能：

1）支持SIP对讲和SIP广播 具有点对点对讲，单点广播、分区广播、全区广播功能；

任务驱动型作文的情景材料是作文内容核心，考生在作文时应围绕它而落实任务指令，使考生在情景材料中辨析关键概念，在情景材料中多维度的比较中说理论证。那么怎样立足情景材料落实任务指令呢？《18年与中国的一同成长》（广东考生）一文是典范。

2）振铃组功能 振铃组创建、修改、删除、查询，可设置振铃结果类型和振铃时间，如果终端有速拨键，可设置振铃组编号，一键呼叫振铃组；

3）队列式呼叫功能 呼叫队列创建、修改、删除、查询，可设置排队策略和跳转的间隔时间；如果终端有速拨键，可设置队列编号，一键呼叫队列；

4）广播组创建、修改、删除、查询（如果振铃组和呼叫队列已包含广播功能，则此条无需）；

5）发起预录音广播或提供客户端SDK用户可实现预录音广播；

6）语音交换机的用户数和通话并发数应根据实际需求决定 通常情况下岸桥的通话并发数不会大于20路，场桥的通话并发数不会大于10路，中控语音交换机的通话并发数不建议超过60路；

7）如果采用平台软件，要求SIP设备接入能力为1 000终端。

2.1.3 通讯网络要求

系统传输中85 m以内建议使用网线，网线规格建议为4×2×26 AWG，有屏蔽；超过85 m则建议使用光缆。机上长距离传输采用62.5/125 μm的多模光纤，从设备到中控的传输建议采用9/125 μm的单模光纤。

2.2 IP电话系统标准配置方案

2.2.1 机上IP电话标准布置与配置方案

以常规岸桥和轨道吊为例，推荐常规岸桥上布置13个IP电话，具体布置方案见图6。推荐轨道吊上布置6个IP电话，具体布置方案见图7。

图6 岸桥IP电话标准布置图

图7 轨道吊IP电话标准布置图

明确IP电话的标准布置后，再考虑IP电话配置的标准方案。原则上，距离电气房IP电话控制箱85 m以内区域的IP电话可采用POE供电，超过85 m区域的IP电话可采用光纤模式，通过光转模块实现光电信号的转变。考虑到岸桥电梯的随行电缆内无光缆，建议通过载波模块来实现信号的双线传输。岸桥单机设备上的IP电话配置标准方案如图8所示，轨道吊单机设备上的IP电话配置标准方案如图9所示。

图8 岸桥单机IP电话配置标准方案

图9 轨道吊IP电话配置标准方案

由图8可知，在岸桥的标准配置方案中设置了司机室电话（覆盖小车架电话）、前大梁电话、俯仰室电话（覆盖梯形架电话）、海测大车电话以及陆侧大车电话（覆盖理货室电话）等5路62.5/125 μm的多模光缆传输线路。如果是双小车岸桥，中转平台电话可由陆侧大车电话这一路来覆盖。

由图9可知，在常规自动化轨道吊的IP电话标准配置中只设置了从中转接线箱到司机室电话一路62.5/125 μm的多模光缆传输线路，该路电话可覆盖小车架电话。非电气房一侧大车电话距离电气房较远，经综合考虑成本，采用POE供电，直接从中转箱通过网线引出。

从单机设备到地面控制中心，岸桥、自动化轨道吊均采用9/125 μm的单模光缆进行信号传输。

2.2.2 地面中控室IP电话标准配置方案

地面中控室IP电话标准配置方案如图10所示，地面控制中心IP电话系统除与设备（岸桥和轨道吊）相连外，还通过9/125 μm的单模光缆经信号变换后与堆场集卡交互区的IP网络对讲终端相连，主要是服务于交互区的集卡司机，方便其与中控室操作人员进行沟通。

图10 地面中控室IP电话标准配置方案

从现有自动化码头远程控制台的设计看，岸桥和轨道吊的操作是分开的。岸桥远程操作台的数量一般等于岸桥的数量，主要原因是主小车需要人工介入。对自动化轨道吊而言，需要人工介入的操作较少，被操作的机器较多，所以通常情况下轨道吊远程操作台的数量远小于轨道吊的数量。

2.3 标准方案的优化升级

当前，语音交换机+网络交换机是较常用的主流配置形式，极少有项目采用系统平台软件+网络交换机配置形式。无论哪种形式，目前基本都是基于点对点操作和分组快捷键操作的人工选择模式，要求操作人员记忆一些号码。如果被操作的设备（如轨道吊）需要经常变化，整个语音系统的操作就显得比较麻烦。通过调研，本文提出了语音系统的自动切台功能，该功能的开发是对现有IP电话系统的功能补充或称为优化升级。具体做法是远控操作台切换操作不同的设备时，远控操作人员的起重机语音系统自动切换到相应的起重机，无需人工选择。如图11所示，当流程①时，远控操作人员操作的是1号岸桥（STS1），此时如果操作人呼叫1理货室，实际呼叫的是101理货室；操作台切换到2号岸桥（STS2）后，即当流程②时，操作人再呼叫1理货室，实际呼叫的是201理货室，这样将极大地方便远控操作人员对起重机语音系统的使用。

图11 起重机语音系统自动切换

如图12所示，按照设备总调度指令，远控PLC与指定设备建立连接后，通过TCP/IP与语音交换机（或系统平台软件）进行通讯，将被操作设备信息发送给语音系统，语音系统收到指令后，按照指令要求自动与被指定设备建立语音连接。

图12 语音系统自动切换功能实现

3 结语

本文介绍了港口起重机常用的4类通讯广播系统的构成、功能及特点比较，并重点就IP电话系统的话机硬件配置基本要求、语音交换机和系统平台软件基本要求、通讯网络要求、单机IP电话标准布置与配置方案以及地面中控室IP电话标准配置方案做了研究分析，并提出了完整的建议配置方案。在此基础上，还通过介绍分析语音系统自动切台功能，为未来IP电话语音系统的优化升级提供参考。当前IP电话系统已经成为远控岸桥和自动化堆场首选的通讯广播系统，本文希望通过深入研究进一步明确IP电话的配置要求、功能要求和标准配置方案，从而服务好、规范好港口起重机设备配套件市场上该类产品的设计选型，合理有效地做好成本控制。