港口智能化在干散貨碼頭的應(yīng)用

張凌震，宋文濤，翁培德

（1.中交機電工程局有限公司，北京 100088；2.中交一航局總承包工程分公司，天津 300456）

港口智能化在干散貨碼頭的應(yīng)用

張凌震1，宋文濤1，翁培德2

（1.中交機電工程局有限公司，北京 100088；2.中交一航局總承包工程分公司，天津 300456）

本文結(jié)合華能曹妃甸煤碼頭智能化運用，對港口散貨運輸、智能化建設(shè)發(fā)展進行了論述，以期對類似項目的實施有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

港口智能化；管控一體化；設(shè)備操作無人化；堆場三維化

引 言

進入 21世紀(jì)以來，隨著經(jīng)濟全球化和現(xiàn)代物流管理鏈條的延伸，加上 IT技術(shù)的升級換代，港口散貨運輸智能化建設(shè)的不斷深入，越來越多的港口利用信息化的手段來提升整個港口現(xiàn)代化水平，但往往有一些問題不可忽視：

1）基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)因為建設(shè)周期較早，部分設(shè)備的精度、電氣化性能不高，在生產(chǎn)過程中，面臨著一定誤差，進而影響生產(chǎn)作業(yè)效率；

2）信息系統(tǒng)如生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用。雖方便了生產(chǎn)經(jīng)營活動，但各個系統(tǒng)間往往沒有相互的關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)的入口也較多，相近數(shù)據(jù)不能在各信息系統(tǒng)間相互導(dǎo)入引用；

3）作為物流產(chǎn)業(yè)的一個中轉(zhuǎn)站，目前傳統(tǒng)的港口散貨運輸尚未把整個物流的上游（如鐵路、礦方等），及下游（如船方、下游港、電廠客戶等）進行信息化資源整合，大多還停留在電話及傳真的溝通上；

在充分調(diào)研國內(nèi)各散貨碼頭智能化應(yīng)用的基礎(chǔ)上，華能曹妃甸港口公司基于對港口散貨運輸智能化的理解，實現(xiàn)了系統(tǒng)的可視化、設(shè)備的自動化，同時整合了與華能集團信息流的對接，與上下游客戶的信息對接，實現(xiàn)了管控信息系統(tǒng)的一體化，較好的體現(xiàn)出港口的智能化水平。

1 系統(tǒng)的可視化

1.1 控制系統(tǒng)三維化

控制系統(tǒng)在上位機操作畫面中，引入三維化界面操作，將上位機界面的整體工藝圖、流程操作界面、皮帶機操作界面、系統(tǒng)幫助、各輔助設(shè)備操作界面以及按鈕、指示燈、限位開關(guān)等均進行三維化頁面顯示，圖形圖像依據(jù)工藝圖紙進行適合操作方式的比例縮放，操作用戶在操作過程中能夠更直觀的查看到現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息，以更方便的通知現(xiàn)場維修、維護人員處理現(xiàn)場故障，提高系統(tǒng)可視化程度的同時大大提高了生產(chǎn)過程中排除故障的時間。上位機操作界面如圖1、圖2。

圖1 上位機中堆場皮帶機及單機界面

圖2 上位機操作界面

1.2 智能電量采集系統(tǒng)

管控系統(tǒng)負責(zé)從電量監(jiān)控站中提取電量數(shù)據(jù)，通過對廠站進線、出線、變壓器等狀態(tài)監(jiān)視，對故障動作信號的采集。使得生產(chǎn)決策能夠更好的進行電量平衡計劃，進行生產(chǎn)用電成本核對，進一步節(jié)能降耗提高綜合產(chǎn)出效益。遠程監(jiān)控系統(tǒng)見圖3。

圖3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3 智能照明系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)是利用港區(qū)內(nèi)亮度采集與不同季節(jié)時鐘綜合比較技術(shù)，以公共照明回路為平臺，對供電進行實時監(jiān)控與跟蹤，自動平滑地調(diào)節(jié)電路的開閉。控制核心為PLC，通過模擬量、數(shù)字量開閉實現(xiàn)對照明燈具狀態(tài)監(jiān)視，并將實際狀態(tài)反饋至監(jiān)控中心。

1.4 智能灑水系統(tǒng)

智能灑水系統(tǒng)是根據(jù)堆場庫存要求，結(jié)合料堆大小、風(fēng)向、室外溫度、空氣濕度、煤炭含水量特點，對堆場灑水的控制，以實現(xiàn)最優(yōu)灑水效果。系統(tǒng)在泵房端及中控室遠端均可控制。

1.5 工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)智能化（智能分析）

華能曹妃甸煤碼頭在全場設(shè)置了近300個工業(yè)電視監(jiān)控點，整個監(jiān)控涵蓋了各單機、堆場、皮帶機沿線、驅(qū)動及機房、碼頭及海事、港區(qū)安防等系統(tǒng)。采用的200萬像素高清數(shù)字?jǐn)z像頭，成像質(zhì)量較高。這其中也給監(jiān)控系統(tǒng)的智能化（智能分析）提供了一定基礎(chǔ)。智能分析流程如圖4。

圖4 智能分析處理過程

智能視頻分析在視頻移動探測跟蹤主機上完成，對視頻圖像數(shù)據(jù)進行算法分析（分析算法包含了：運動檢測、目標(biāo)跟蹤、模式識別等方面），依據(jù)設(shè)置的安全策略及報警規(guī)則判斷視頻圖像中是否具有可疑目標(biāo)、是否促發(fā)報警，將報警事件相關(guān)信息發(fā)送到控制中心，再由控制中心分發(fā)到集成信息平臺客戶端，產(chǎn)生相應(yīng)的報警聯(lián)動。智能分析警界規(guī)則設(shè)置界面如圖5。

圖5 智能分析警界規(guī)則設(shè)置界面

1.6 數(shù)據(jù)的可視化（大數(shù)據(jù)平臺）

大數(shù)據(jù)服務(wù)在港口日常運營中通過收集、積累一段時間（不少于6個月）港口設(shè)備運行、生產(chǎn)調(diào)度等數(shù)據(jù)，諸如各裝卸系統(tǒng)單機和各主要部件設(shè)備故障發(fā)生率、故障排除所需時間、保養(yǎng)間隔時間等，通過對這些日常龐大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，摸索出內(nèi)部邏輯脈絡(luò)，計算出各事件觸發(fā)規(guī)律，為港口運營管理部門預(yù)先提供事件預(yù)報。提高了港口運營效率，為合理安排裝卸系統(tǒng)設(shè)備維護、提高備品備件周轉(zhuǎn)使用率及減少其資金占有率等方面提供了預(yù)先數(shù)據(jù)支持。

1.7 運營維護的可視化（設(shè)備在線監(jiān)測、智能點檢）

華能曹妃甸港口在運營維護方面的智能化系統(tǒng)主要包括：設(shè)備在線實時檢測系統(tǒng)、智能點檢系統(tǒng)。

1）設(shè)備在線實時檢測系統(tǒng)：通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)有的電氣設(shè)備（如，PLC、智能儀表、變頻器、高壓設(shè)備、智能MCC等）設(shè)備參數(shù)實時準(zhǔn)確的采集到計算機中。可實時在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時對數(shù)據(jù)進行分析，判斷出設(shè)備故障。

2）智能點檢系統(tǒng)

圖6 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

智能點檢系統(tǒng)采用專業(yè)手持點檢儀，可對設(shè)備振動、溫度、手抄量、觀察量進行直接采集并具有拍照功能。采集完成后可以通過WIFI將數(shù)據(jù)上傳至點檢系統(tǒng)。系統(tǒng)可統(tǒng)計點檢任務(wù)執(zhí)行情況，對點檢發(fā)現(xiàn)的問題后續(xù)處理如維修管理等也提供管理功能。可針對點檢標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、工藝標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、作業(yè)指令下達、設(shè)備運行日志、設(shè)備點檢、設(shè)備封點、設(shè)備封點故障后續(xù)處理、設(shè)備故障、設(shè)備普查等管理，根據(jù)翻堆、取裝各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的過程數(shù)據(jù)記錄并持續(xù)追蹤。同時與管控一體化系統(tǒng)進行接口整合，對各單機、流程、系統(tǒng)的運行完好率、作業(yè)率進行統(tǒng)計匯總。

2 管控的一體化

2.1 管控一體化平臺（all in one）

圖7 管控一體化作業(yè)平臺主界面

圖8 管控系統(tǒng)流程

管控系統(tǒng)的一體化作為底層控制系統(tǒng)的延伸，為打通港口信息系統(tǒng)的上下層建立連接，同時作為管理的門戶也是整個管理系統(tǒng)的單一入口。平臺整合了其它系統(tǒng)，使用單點登錄（Single Sign On）的方式，與其它系統(tǒng)進行賬戶權(quán)限關(guān)聯(lián)，做到了all in one，建立一套共享專用數(shù)據(jù)庫，把賬戶權(quán)限管理、門戶模塊管理都納入進來。其它系統(tǒng)都與此平臺進行對接，省去了用戶繁瑣的賬戶及權(quán)限麻煩。

2.2 管控一體化與控制系統(tǒng)底層結(jié)合

圖9 數(shù)據(jù)流向

首先將控制系統(tǒng)PLC的數(shù)據(jù)進入實時數(shù)據(jù)庫，再使用 FactoryTalk_Transaction_Manager將實時數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MS SQL Server公用數(shù)據(jù)庫，同時管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也通過這個公用數(shù)據(jù)庫寫回到PLC系統(tǒng)，所有管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)與控制 PLC系統(tǒng)的指令分發(fā)均通過這個數(shù)據(jù)庫交互，形成管控一體化共用接口調(diào)用的中樞。

2.3 管控一體化與上層分析決策系統(tǒng)

管控一體化系統(tǒng)的主要設(shè)計原則是承上啟下的作用，在整個信息化系統(tǒng)的體系中，屬于中間地位。下接控制系統(tǒng)，將生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)下發(fā)至控制系統(tǒng)以實現(xiàn)流程的直接調(diào)度管理；上接分析決策系統(tǒng)，對接華能集團的ERP系統(tǒng)，包括SAP系統(tǒng)、燃料管理系統(tǒng)等。自下而上，打通整個與港口相關(guān)的全數(shù)據(jù)鏈路。

3 設(shè)備的自動化

3.1 皮帶機自動化（流程智能啟停）

智能流程選擇系統(tǒng)將單機作為初始數(shù)據(jù)，對所有流程進行數(shù)據(jù)規(guī)劃，操作人員在畫面中選擇對應(yīng)單機操作，選擇完成后直接篩選出相應(yīng)流程，并同時顯示流程所包含的主要設(shè)備的路徑信息，點擊“啟動”可一鍵啟動整個流程。

3.2 堆場單機無人化（無人堆取料系統(tǒng)）

圖10 單機無人化監(jiān)控界面

根據(jù)華能曹妃甸智能化管理的要求，在工程建設(shè)期就將堆場 10臺單機按照無人化的模式實施。單機無人化系統(tǒng)的實施主要分為3個層次：

1）中控室遠程手動控制

堆單機自動化首先實現(xiàn)大機的遠程化操作階段，在中控室內(nèi)采用操作手柄，進行包括走行、俯仰、旋轉(zhuǎn)等動作。

2）中控室遠程半自動控制

半自動取料是指對位、塌垛、換層等情形下采用中控遠程手柄操作，當(dāng)前層取料時采用自動控制取料的方式。

3）中控室遠程全自動控制

中控室的全自動作業(yè)模式是整個無人作業(yè)系統(tǒng)的核心，也是主要使用方式。只需要從管控一體化系統(tǒng)下發(fā)設(shè)定的堆取料任務(wù)，系統(tǒng)按照設(shè)定的參數(shù)自動化取料運行，同時，在特殊情況下，人工可以隨時參與中控手柄手動操作，對系統(tǒng)的兼容性、安全性和完整性達到更高層次。

3.3 三維管控一體化實時平臺

華能曹妃甸港口無人化管控項目中，使用虛擬現(xiàn)實平臺，配合自建數(shù)據(jù)庫把現(xiàn)場各單機、皮帶機運行數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實平臺上進行模型、狀態(tài)重塑，以三維立體畫面直接反映現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)（圖11），把以前需要多流程、多層級的控制、監(jiān)控動作整合在一個平臺上。系統(tǒng)結(jié)合管控數(shù)據(jù)，讓整個港口的運行信息、管理信息一目了然。同時系統(tǒng)支持港口內(nèi)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，這樣可以讓現(xiàn)場巡視人員借助移動設(shè)備掌握港口實時運行狀態(tài)，及時處理任何突發(fā)事件。

圖11 三維管控一體化實時平臺

4 服務(wù)的一體化

4.1 客戶服務(wù)系統(tǒng)

華能曹妃甸煤碼頭客戶服務(wù)系統(tǒng)部署在公司的內(nèi)網(wǎng)，客戶服務(wù)系統(tǒng)底層核心數(shù)據(jù)與管控一體化系統(tǒng)整合，訪問界面分離，通過預(yù)分配的查詢權(quán)限只能查詢屬于該客戶的資料。客戶通過自身在港口注冊賬號信息，登錄港口客戶網(wǎng)站系統(tǒng)，可以直觀的看到自己存儲的貨物信息在港存儲位置、數(shù)量以及實時三維狀態(tài)，同時結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以真實的看到堆場狀態(tài)，做到港口貨物真正的透明化。移動端與系統(tǒng)無縫銜接，以APP或微信的方式將重要信息推送給客戶，以方便客戶瀏覽。

4.2 信息公開平臺

信息公開平臺是華能曹妃甸整合內(nèi)網(wǎng)的主要數(shù)據(jù)資源，在管控一體化系統(tǒng)中通過大數(shù)據(jù)提取技術(shù)，將需要對外開放的數(shù)據(jù)獨立寫入信息公開平臺服務(wù)器。由信息公開平臺統(tǒng)一發(fā)布接口，接口與公司外部網(wǎng)站、上流鐵路系統(tǒng)來車計劃等、下游電廠及其它客戶的貨運信息、船舶信息等進行對接集成，從而與外部信息的對外開放。

4.3 煤炭超市

煤炭超市和其它網(wǎng)絡(luò)超市一樣，把煤種不同、煤質(zhì)各異的煤炭放進超市；客戶直接在網(wǎng)上根據(jù)需求訂貨，系統(tǒng)根據(jù)用戶的需求直接把訂單信息派送到管控一體化系統(tǒng)，直接按訂單生產(chǎn)。

華能曹妃甸公司的特點是其集團業(yè)務(wù)板塊對于整個煤炭行業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈都有涉及，通過建立煤炭超市來實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的上下游煤炭需求，同時對外部煤炭行業(yè)上下游開放功能，實現(xiàn)交易便捷化。

5 結(jié) 語

智能化港口、數(shù)字化港口作為提升港口技術(shù)水平的一項重要舉措，需要充分考慮港口智能化的重要性，從控制系統(tǒng)底層出發(fā)，將設(shè)備自身特性、精度、自動化程度等進行詳細設(shè)計，在管控一體化系統(tǒng)層下整合全港區(qū)的各種數(shù)據(jù)資源，從整體上完善信息流、產(chǎn)業(yè)流所要涉及的各方面，打通從煤礦到鐵路，從進港到裝船，再從船舶到下流電廠等全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)體系，華能曹妃甸煤碼頭的智能化建設(shè)為國內(nèi)其它港口智能化的發(fā)展提出新思路。

Application of Port Intelligence in Dry Bulk Terminal

Zhang Lingzhen1，Song Wentao1，Weng Peide2
（1.CCCC Mechanical & Electrical Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100088，China； 2.CCCC First Harbor Engineer Co.，Ltd.Overall Contract Branch，Tianjin 300456，China）

This article combined with port intelligence applied in Huaneng Caofeidian coal terminal project，expound the development of bulk terminal transportation、intelligence construction，and hopefully it can be used as guidance and reference for the similar project.

port intelligence； integration of management and control； unmanned operation； 3D yard

U656.106

A

1004-9592（2016）05-0092-05

10.16403/j.cnki.ggjs20160523

2016-02-06

張凌震（1977-），男，高級工程師，主要從事港口機電工程管理工作。