綜合監控系統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

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

1 系統架構

1.1 綜合監控系統總體架構

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

1.1.1 車站綜合監控系統

各車站綜合監控系統主要包括以下硬件設備：

（1）以太網交換機。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等。

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

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

（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控系統的監控及操作。

環境與設備監控系統、火災自動報警系統及電力監控系統為車站綜合監控系統的重要組成部分，其與車站級綜合監控系統深度集成，通過實時服務器直接采集數據，實現在綜合監控系統平臺上的全方位監控與操作。

圖1 綜合監控系統主體結構示意圖

其余車站子系統例如屏蔽門系統、門禁系統、自動售檢票系統、視頻監控系統、廣播系統、乘客信息系統、電梯均與車站綜合監控系統實現互聯，通過前端處理器接入，根據實際需要在綜合監控平臺界面上實現監控及操作功能，車站級綜合監控系統網絡系統如圖2所示。

圖2 車站級綜合監控系統網絡系統圖

1.1.2 中心級綜合監控系統

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

中心級綜合監控系統主要集成互聯主、備控制中心的門禁系統、廣播系統及乘客信息系統等。主、備控制中心綜合監控系統通過全線主干網將各車站級的綜合監控系統信息匯集到主、備控制中心，實現整條地鐵線路的綜合監控。

1.2 港口散貨自動化流程控制系統

港口散貨自動化流程控制系統主要以碼頭為單位，各個碼頭自成系統，碼頭與碼頭間的交互較少。由于各碼頭規模有大小，工藝有不同，因此系統配置并不固化。主流配置與中心級綜合監控系統相類似，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如圖3所示，該系統以輸送設備控制系統為核心，定制化程度更高，根據輸送物料及裝卸工藝不同，有著不同的子系統。不同類型，甚至同類型碼頭間，子系統的數量、種類也不盡相同。如礦石及散糧流程控制系統通用的子系統有裝卸大機系統、照明系統、采制樣系統、除塵系統、廣播系統、激光靠泊系統等子系統，如散糧流程控制系統特有的散料秤系統、灌拆包系統等子系統，如液體化工流程控制系統特有的海上溢油檢測系統、有毒可燃氣體檢測系統等，均根據實際接口情況通過不同方式接入流程控制系統中。

圖3 散貨自動化流程控制系統總平圖

2 系統差異性

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

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

地鐵綜合監控系統與港口散貨自動化流程控制系統在軟硬件構成均相似，不同的是地鐵綜合監控系統的監控平臺已基本完全邁入國產化，使用國內廠商自主開發產品，而港口散貨自動化流程控制系統通常使用PLC 廠商配套組態軟件。地鐵行業屬于民生工程，綜合監控系統相較散貨流程控制系統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，運用在港口行業理論上是可行的。

3 港口綜合監控系統

同一個港區甚至不同港區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。綜合監控系統主體結構如圖4所示，以該系統作為基礎架構引入散貨自動化碼頭，流程控制系統的整體架構可更新為碼頭級的流程控制系統及中心級的流程控制系統。各個碼頭的流程控制系統可視作各個車站級綜合監控系統，主要用于各碼頭層級的監視與操作。同時，在集團設置一套與主備控制中心綜合監控系統概念類似的主備控制中心流程控制系統，集群所有的散貨碼頭流程控制系統，作為整個港區所有散貨自動化碼頭業務的中樞，對港區整體作業情況進行把控，實施更精細化的生產管控，完成一整套港口綜合監控系統。

圖4 港口綜合監控系統主體結構示意圖

3.1 單碼頭系統

3.1.1 硬件配置

以車站級綜合監控系統架構建設碼頭級港口綜合監控系統。配置一套冗余實時服務器用于深度集成子系統及前端處理器數據的接收。一套冗余交換機用于主干環網的組建。一套冗余的前端處理器，用于非深度集成子系統的數據采集。

3.1.2 系統集成

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

3.1.2.1 深度集成子系統

現有的流程控制系統以輸送設備控制系統為核心，在新架構下碼頭級港口綜合監控系統將以下子系統納入深度集成范疇：

（1）電力監控系統。電力監控系統的控制對象主要包括供電系統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設定值、保護動作值等進行實時采集。通過對電力參數的統計，實現碼頭級的電能統計與管理。

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

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

3.1.2.2 互聯子系統

常規接入流程控制系統的子系統如皮帶秤系統、照明系統等子系統均由直接接入控制網絡改由接入前端處理器，通過物理隔離，提高系統穩定性。同時根據實際需要增加且不僅限于以下子系統：

（1）視頻監控系統。在碼頭級港口綜合監控系統實現對港區內攝像機的遠程控制及設備狀態監視。同時可根據現場實際故障情況，實現視頻聯動。進一步可通過攝像機的前端處理功能實現視頻分析，并與碼頭內設備實行聯動。

（2）激光靠泊與海面環境監測系統。在碼頭級港口綜合監控系統實現對貨輪靠泊的實時監測，同時對碼頭區域環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

中心級港口綜合監控系統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接入及各碼頭級綜合監控數據的整體接入，冗余歷史服務器用于歷史數據的存儲與歸檔、冗余交換機用于構建主干網絡。

實時服務器與歷史服務器采用容災備份，根據主備中心服務器的優先級，依次進行數據的推送與存儲，歷史數據在異常恢復后實現存儲數據同步。通過數據流的切換，保證整體系統的穩定性及數據的可靠性。

中心級港口綜合監控系統匯集接入各碼頭實時作業情況及、歷史作業數據及電能統計等信息，實現整個港區散貨作業情況一張圖。實現整個港區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據。

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已運行將近或超過十年，處于更新換代期，可借此機遇通過綜合監控系統平臺實現國產化替代。通過整體架構的轉換，實現資源整合，提升港口散貨業務管理效能。