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    综合监控系统在港口散货自动化码头的应用探讨

    时间:2023-01-10 15:15:38来源:百花范文网本文已影响

    李子豪

    (中国交通信息科技集团有限公司,北京 100032)

    地铁综合监控本质上是用系统化的方法将分散独立的各类自动化系统联结为一个有机的整体,形成的综合型自动化监控系统,主要功能是对轨道交通各机电设备进行实时监控功能及系统间的协调联动。港口散货自动化流程控制系统与综合监控系统相类似,将散货码头内各类自动化系统整合,主要功能是对码头内各类输送设备、辅助设备及辅助系统的实时监控与联动。综合监控系统与流程控制系统虽然存在于两个行业,但是究其根本均为自动控制系统,因其工艺不同而有异同。而正是由于行业不同而产生的行业壁垒,在综合监控系统中已实现、已整合的功能,可完全运用于流程控制系统中。这些功能对散货码头流程控制系统而言是缺失抑或是可完善升级的。本文从系统的功能性层面分析与探讨地铁综合监控系统在港口散货自动化码头运用的可行性。

    1.1 综合监控系统总体架构

    综合监控系统由位于控制中心的控制中心综合监控系统、位于备用控制中心的备用控制中心综合监控系统、网络管理系统、各车站的车站综合监控系统、车辆段综合监控系统、设备维护管理系统、培训管理系统及用于将各系统连接的通信主干网络等组成。在这里我们主要关注车站综合监控系统与中心级综合监控系统。

    1.1.1 车站综合监控系统

    各车站综合监控系统主要包括以下硬件设备:

    (1)以太网交换机。车站设备机房设置两台互为冗余的交换机,主要用于连接服务器、前端处理器、操作工作站及连接通信主干网等。

    (2)服务器。车站综合监控系统配置一套互为冗余的实时服务器,用于车站实时数据采集和处理,为操作站提供基础数据。

    (3)前端处理器。车站配置两套互为冗余的前端处理器,用于接收和发送车站互联系统的信息。

    (4)操作站。车站操作站主要用于车站值班长及操作员的对车站综合监控系统的监控及操作。

    环境与设备监控系统、火灾自动报警系统及电力监控系统为车站综合监控系统的重要组成部分,其与车站级综合监控系统深度集成,通过实时服务器直接采集数据,实现在综合监控系统平台上的全方位监控与操作。

    图1 综合监控系统主体结构示意图

    其余车站子系统例如屏蔽门系统、门禁系统、自动售检票系统、视频监控系统、广播系统、乘客信息系统、电梯均与车站综合监控系统实现互联,通过前端处理器接入,根据实际需要在综合监控平台界面上实现监控及操作功能,车站级综合监控系统网络系统如图2所示。

    图2 车站级综合监控系统网络系统图

    1.1.2 中心级综合监控系统

    控制中心与备用控制中心的配置基本一致,相较车站级综合监控系统增加一套冗余的历史服务器,用于历史数据的存储和管理,向中心操作站提供历史基础数据,形成如历史报警记录及生产报表等。

    中心级综合监控系统主要集成互联主、备控制中心的门禁系统、广播系统及乘客信息系统等。主、备控制中心综合监控系统通过全线主干网将各车站级的综合监控系统信息汇集到主、备控制中心,实现整条地铁线路的综合监控。

    1.2 港口散货自动化流程控制系统

    港口散货自动化流程控制系统主要以码头为单位,各个码头自成系统,码头与码头间的交互较少。由于各码头规模有大小,工艺有不同,因此系统配置并不固化。主流配置与中心级综合监控系统相类似,由交换机、实时服务器、历史服务器及操作站组成。

    散货自动化流程控制系统如图3所示,该系统以输送设备控制系统为核心,定制化程度更高,根据输送物料及装卸工艺不同,有着不同的子系统。不同类型,甚至同类型码头间,子系统的数量、种类也不尽相同。如矿石及散粮流程控制系统通用的子系统有装卸大机系统、照明系统、采制样系统、除尘系统、广播系统、激光靠泊系统等子系统,如散粮流程控制系统特有的散料秤系统、灌拆包系统等子系统,如液体化工流程控制系统特有的海上溢油检测系统、有毒可燃气体检测系统等,均根据实际接口情况通过不同方式接入流程控制系统中。

    图3 散货自动化流程控制系统总平图

    从系统架构上看,单一码头的散货自动化流程控制系统更类似于综合监控系统的中心级架构车站化,系统复杂度相对较低。综合监控系统则是集成了地铁线路所有的站点,无论从底层网络结构到整体系统架构,其复杂度均是较高的。

    两种系统就使用功能而言,因行业不用,工艺不同,有着较大差异。但是究其内核均为对系统下各集成子系统的监视与控制,本质上并无二致。例如作为综合监控系统的核心的电力监控系统及火灾自动报警系统,同样也是在港口中必然存在的系统。虽然其常规并不纳入流程控制系统的集成范围内,但也或多或少的存在数据互通。

    地铁综合监控系统与港口散货自动化流程控制系统在软硬件构成均相似,不同的是地铁综合监控系统的监控平台已基本完全迈入国产化,使用国内厂商自主开发产品,而港口散货自动化流程控制系统通常使用PLC 厂商配套组态软件。地铁行业属于民生工程,综合监控系统相较散货流程控制系统有着更高的安全性及可靠性,同时在各个城市地铁线路中均已不同程度的部署,运用在港口行业理论上是可行的。

    同一个港区甚至不同港区的多个散货自动化码头通常属于同一家港务集团下属的不同港务公司。综合监控系统主体结构如图4所示,以该系统作为基础架构引入散货自动化码头,流程控制系统的整体架构可更新为码头级的流程控制系统及中心级的流程控制系统。各个码头的流程控制系统可视作各个车站级综合监控系统,主要用于各码头层级的监视与操作。同时,在集团设置一套与主备控制中心综合监控系统概念类似的主备控制中心流程控制系统,集群所有的散货码头流程控制系统,作为整个港区所有散货自动化码头业务的中枢,对港区整体作业情况进行把控,实施更精细化的生产管控,完成一整套港口综合监控系统。

    图4 港口综合监控系统主体结构示意图

    3.1 单码头系统

    3.1.1 硬件配置

    以车站级综合监控系统架构建设码头级港口综合监控系统。配置一套冗余实时服务器用于深度集成子系统及前端处理器数据的接收。一套冗余交换机用于主干环网的组建。一套冗余的前端处理器,用于非深度集成子系统的数据采集。

    3.1.2 系统集成

    传统的流程控制系统深度集成的子系统较少,主要与有联锁关系相关子系统做互联。通过综合监控系统概念的引入,新架构下的码头级港口综合监控系统系统不仅保有原有系统的基础功能,同时可实现及完善以下子系统的集成。

    3.1.2.1 深度集成子系统

    现有的流程控制系统以输送设备控制系统为核心,在新架构下码头级港口综合监控系统将以下子系统纳入深度集成范畴:

    (1)电力监控系统。电力监控系统的控制对象主要包括供电系统中可以远方控制的开关、刀闸、自动装置、主变压器分接头以及微机保护的定值修改、保护信号复归等。

    系统主要对变电所主要电源的电流、电压、功率、电度和保护装置的参数设定值、保护动作值等进行实时采集。通过对电力参数的统计,实现码头级的电能统计与管理。

    (2)火灾自动报警系统。显示火灾报警点,消防设施的状态及所处位置。监视消防泵的启、停、故障状态信号、水泵水管的压力报警值。实现码头管辖范围内灾情的监视与火灾信息的采集。

    (3)大机远程控制监视系统。将堆取料机、卸船机、装船机等大机的RCMS 系统接入码头级港口综合监控系统,实现对码头内大机的状态信息、故障信息全方位的监视与统计。

    3.1.2.2 互联子系统

    常规接入流程控制系统的子系统如皮带秤系统、照明系统等子系统均由直接接入控制网络改由接入前端处理器,通过物理隔离,提高系统稳定性。同时根据实际需要增加且不仅限于以下子系统:

    (1)视频监控系统。在码头级港口综合监控系统实现对港区内摄像机的远程控制及设备状态监视。同时可根据现场实际故障情况,实现视频联动。进一步可通过摄像机的前端处理功能实现视频分析,并与码头内设备实行联动。

    (2)激光靠泊与海面环境监测系统。在码头级港口综合监控系统实现对货轮靠泊的实时监测,同时对码头区域环境情况实时同步了解。该功能主要面向码头调度人员。

    3.2 中心级系统

    中心级港口综合监控系统分别设置在港口控制中心及备用控制中心,主备中心配置相同的冗余实时服务器用于控制中心本地系统接入及各码头级综合监控数据的整体接入,冗余历史服务器用于历史数据的存储与归档、冗余交换机用于构建主干网络。

    实时服务器与历史服务器采用容灾备份,根据主备中心服务器的优先级,依次进行数据的推送与存储,历史数据在异常恢复后实现存储数据同步。通过数据流的切换,保证整体系统的稳定性及数据的可靠性。

    中心级港口综合监控系统汇集接入各码头实时作业情况及、历史作业数据及电能统计等信息,实现整个港区散货作业情况一张图。实现整个港区散货码头的用电能耗管理、实时吞吐量管理,为实时调度管理提供基础数据。

    国内相当一部分的散货自动化码头的流程控制系统已运行将近或超过十年,处于更新换代期,可借此机遇通过综合监控系统平台实现国产化替代。通过整体架构的转换,实现资源整合,提升港口散货业务管理效能。

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