綜合監(jiān)控系統(tǒng)在港口散貨自動化碼頭的應用探討

李子豪

（中國交通信息科技集團有限公司，北京 100032）

0 引言

地鐵綜合監(jiān)控本質上是用系統(tǒng)化的方法將分散獨立的各類自動化系統(tǒng)聯(lián)結為一個有機的整體，形成的綜合型自動化監(jiān)控系統(tǒng)，主要功能是對軌道交通各機電設備進行實時監(jiān)控功能及系統(tǒng)間的協(xié)調聯(lián)動。港口散貨自動化流程控制系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)相類似，將散貨碼頭內各類自動化系統(tǒng)整合，主要功能是對碼頭內各類輸送設備、輔助設備及輔助系統(tǒng)的實時監(jiān)控與聯(lián)動。綜合監(jiān)控系統(tǒng)與流程控制系統(tǒng)雖然存在于兩個行業(yè)，但是究其根本均為自動控制系統(tǒng)，因其工藝不同而有異同。而正是由于行業(yè)不同而產(chǎn)生的行業(yè)壁壘，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中已實現(xiàn)、已整合的功能，可完全運用于流程控制系統(tǒng)中。這些功能對散貨碼頭流程控制系統(tǒng)而言是缺失抑或是可完善升級的。本文從系統(tǒng)的功能性層面分析與探討地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)在港口散貨自動化碼頭運用的可行性。

1 系統(tǒng)架構

1.1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)總體架構

綜合監(jiān)控系統(tǒng)由位于控制中心的控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)、位于備用控制中心的備用控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)、各車站的車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)、設備維護管理系統(tǒng)、培訓管理系統(tǒng)及用于將各系統(tǒng)連接的通信主干網(wǎng)絡等組成。在這里我們主要關注車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)與中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1.1 車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)

各車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下硬件設備：

（1）以太網(wǎng)交換機。車站設備機房設置兩臺互為冗余的交換機，主要用于連接服務器、前端處理器、操作工作站及連接通信主干網(wǎng)等。

（2）服務器。車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)配置一套互為冗余的實時服務器，用于車站實時數(shù)據(jù)采集和處理，為操作站提供基礎數(shù)據(jù)。

（3）前端處理器。車站配置兩套互為冗余的前端處理器，用于接收和發(fā)送車站互聯(lián)系統(tǒng)的信息。

（4）操作站。車站操作站主要用于車站值班長及操作員的對車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控及操作。

環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)及電力監(jiān)控系統(tǒng)為車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，其與車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)深度集成，通過實時服務器直接采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺上的全方位監(jiān)控與操作。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)主體結構示意圖

其余車站子系統(tǒng)例如屏蔽門系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)、電梯均與車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)，通過前端處理器接入，根據(jù)實際需要在綜合監(jiān)控平臺界面上實現(xiàn)監(jiān)控及操作功能，車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)圖

1.1.2 中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)

控制中心與備用控制中心的配置基本一致，相較車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)增加一套冗余的歷史服務器，用于歷史數(shù)據(jù)的存儲和管理，向中心操作站提供歷史基礎數(shù)據(jù)，形成如歷史報警記錄及生產(chǎn)報表等。

中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要集成互聯(lián)主、備控制中心的門禁系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)及乘客信息系統(tǒng)等。主、備控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過全線主干網(wǎng)將各車站級的綜合監(jiān)控系統(tǒng)信息匯集到主、備控制中心，實現(xiàn)整條地鐵線路的綜合監(jiān)控。

1.2 港口散貨自動化流程控制系統(tǒng)

港口散貨自動化流程控制系統(tǒng)主要以碼頭為單位，各個碼頭自成系統(tǒng)，碼頭與碼頭間的交互較少。由于各碼頭規(guī)模有大小，工藝有不同，因此系統(tǒng)配置并不固化。主流配置與中心級綜合監(jiān)控系統(tǒng)相類似，由交換機、實時服務器、歷史服務器及操作站組成。

散貨自動化流程控制系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)以輸送設備控制系統(tǒng)為核心，定制化程度更高，根據(jù)輸送物料及裝卸工藝不同，有著不同的子系統(tǒng)。不同類型，甚至同類型碼頭間，子系統(tǒng)的數(shù)量、種類也不盡相同。如礦石及散糧流程控制系統(tǒng)通用的子系統(tǒng)有裝卸大機系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、采制樣系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、激光靠泊系統(tǒng)等子系統(tǒng)，如散糧流程控制系統(tǒng)特有的散料秤系統(tǒng)、灌拆包系統(tǒng)等子系統(tǒng)，如液體化工流程控制系統(tǒng)特有的海上溢油檢測系統(tǒng)、有毒可燃氣體檢測系統(tǒng)等，均根據(jù)實際接口情況通過不同方式接入流程控制系統(tǒng)中。

圖3 散貨自動化流程控制系統(tǒng)總平圖

2 系統(tǒng)差異性

從系統(tǒng)架構上看，單一碼頭的散貨自動化流程控制系統(tǒng)更類似于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的中心級架構車站化，系統(tǒng)復雜度相對較低。綜合監(jiān)控系統(tǒng)則是集成了地鐵線路所有的站點，無論從底層網(wǎng)絡結構到整體系統(tǒng)架構，其復雜度均是較高的。

兩種系統(tǒng)就使用功能而言，因行業(yè)不用，工藝不同，有著較大差異。但是究其內核均為對系統(tǒng)下各集成子系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，本質上并無二致。例如作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的核心的電力監(jiān)控系統(tǒng)及火災自動報警系統(tǒng)，同樣也是在港口中必然存在的系統(tǒng)。雖然其常規(guī)并不納入流程控制系統(tǒng)的集成范圍內，但也或多或少的存在數(shù)據(jù)互通。

地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)與港口散貨自動化流程控制系統(tǒng)在軟硬件構成均相似，不同的是地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控平臺已基本完全邁入國產(chǎn)化，使用國內廠商自主開發(fā)產(chǎn)品，而港口散貨自動化流程控制系統(tǒng)通常使用PLC 廠商配套組態(tài)軟件。地鐵行業(yè)屬于民生工程，綜合監(jiān)控系統(tǒng)相較散貨流程控制系統(tǒng)有著更高的安全性及可靠性，同時在各個城市地鐵線路中均已不同程度的部署，運用在港口行業(yè)理論上是可行的。

3 港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)

同一個港區(qū)甚至不同港區(qū)的多個散貨自動化碼頭通常屬于同一家港務集團下屬的不同港務公司。綜合監(jiān)控系統(tǒng)主體結構如圖4所示，以該系統(tǒng)作為基礎架構引入散貨自動化碼頭，流程控制系統(tǒng)的整體架構可更新為碼頭級的流程控制系統(tǒng)及中心級的流程控制系統(tǒng)。各個碼頭的流程控制系統(tǒng)可視作各個車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于各碼頭層級的監(jiān)視與操作。同時，在集團設置一套與主備控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)概念類似的主備控制中心流程控制系統(tǒng)，集群所有的散貨碼頭流程控制系統(tǒng)，作為整個港區(qū)所有散貨自動化碼頭業(yè)務的中樞，對港區(qū)整體作業(yè)情況進行把控，實施更精細化的生產(chǎn)管控，完成一整套港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

圖4 港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)主體結構示意圖

3.1 單碼頭系統(tǒng)

3.1.1 硬件配置

以車站級綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構建設碼頭級港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)。配置一套冗余實時服務器用于深度集成子系統(tǒng)及前端處理器數(shù)據(jù)的接收。一套冗余交換機用于主干環(huán)網(wǎng)的組建。一套冗余的前端處理器，用于非深度集成子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。

3.1.2 系統(tǒng)集成

傳統(tǒng)的流程控制系統(tǒng)深度集成的子系統(tǒng)較少，主要與有聯(lián)鎖關系相關子系統(tǒng)做互聯(lián)。通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)概念的引入，新架構下的碼頭級港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)不僅保有原有系統(tǒng)的基礎功能，同時可實現(xiàn)及完善以下子系統(tǒng)的集成。

3.1.2.1 深度集成子系統(tǒng)

現(xiàn)有的流程控制系統(tǒng)以輸送設備控制系統(tǒng)為核心，在新架構下碼頭級港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)將以下子系統(tǒng)納入深度集成范疇：

（1）電力監(jiān)控系統(tǒng)。電力監(jiān)控系統(tǒng)的控制對象主要包括供電系統(tǒng)中可以遠方控制的開關、刀閘、自動裝置、主變壓器分接頭以及微機保護的定值修改、保護信號復歸等。

系統(tǒng)主要對變電所主要電源的電流、電壓、功率、電度和保護裝置的參數(shù)設定值、保護動作值等進行實時采集。通過對電力參數(shù)的統(tǒng)計，實現(xiàn)碼頭級的電能統(tǒng)計與管理。

（2）火災自動報警系統(tǒng)。顯示火災報警點，消防設施的狀態(tài)及所處位置。監(jiān)視消防泵的啟、停、故障狀態(tài)信號、水泵水管的壓力報警值。實現(xiàn)碼頭管轄范圍內災情的監(jiān)視與火災信息的采集。

（3）大機遠程控制監(jiān)視系統(tǒng)。將堆取料機、卸船機、裝船機等大機的RCMS 系統(tǒng)接入碼頭級港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對碼頭內大機的狀態(tài)信息、故障信息全方位的監(jiān)視與統(tǒng)計。

3.1.2.2 互聯(lián)子系統(tǒng)

常規(guī)接入流程控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)如皮帶秤系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等子系統(tǒng)均由直接接入控制網(wǎng)絡改由接入前端處理器，通過物理隔離，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時根據(jù)實際需要增加且不僅限于以下子系統(tǒng)：

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在碼頭級港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對港區(qū)內攝像機的遠程控制及設備狀態(tài)監(jiān)視。同時可根據(jù)現(xiàn)場實際故障情況，實現(xiàn)視頻聯(lián)動。進一步可通過攝像機的前端處理功能實現(xiàn)視頻分析，并與碼頭內設備實行聯(lián)動。

（2）激光靠泊與海面環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。在碼頭級港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對貨輪靠泊的實時監(jiān)測，同時對碼頭區(qū)域環(huán)境情況實時同步了解。該功能主要面向碼頭調度人員。

3.2 中心級系統(tǒng)

中心級港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)分別設置在港口控制中心及備用控制中心，主備中心配置相同的冗余實時服務器用于控制中心本地系統(tǒng)接入及各碼頭級綜合監(jiān)控數(shù)據(jù)的整體接入，冗余歷史服務器用于歷史數(shù)據(jù)的存儲與歸檔、冗余交換機用于構建主干網(wǎng)絡。

實時服務器與歷史服務器采用容災備份，根據(jù)主備中心服務器的優(yōu)先級，依次進行數(shù)據(jù)的推送與存儲，歷史數(shù)據(jù)在異?；謴秃髮崿F(xiàn)存儲數(shù)據(jù)同步。通過數(shù)據(jù)流的切換，保證整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)的可靠性。

中心級港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)匯集接入各碼頭實時作業(yè)情況及、歷史作業(yè)數(shù)據(jù)及電能統(tǒng)計等信息，實現(xiàn)整個港區(qū)散貨作業(yè)情況一張圖。實現(xiàn)整個港區(qū)散貨碼頭的用電能耗管理、實時吞吐量管理，為實時調度管理提供基礎數(shù)據(jù)。

4 結論

國內相當一部分的散貨自動化碼頭的流程控制系統(tǒng)已運行將近或超過十年，處于更新?lián)Q代期，可借此機遇通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。通過整體架構的轉換，實現(xiàn)資源整合，提升港口散貨業(yè)務管理效能。