李子豪

（中國(guó)交通信息科技集團(tuán)有限公司，北京 100032）

0 引言

地鐵綜合監(jiān)控本質(zhì)上是用系統(tǒng)化的方法將分散獨(dú)立的各類(lèi)自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體，形成的綜合型自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，主要功能是對(duì)軌道交通各機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控功能及系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。港口散貨自動(dòng)化流程控制系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)相類(lèi)似，將散貨碼頭內(nèi)各類(lèi)自動(dòng)化系統(tǒng)整合，主要功能是對(duì)碼頭內(nèi)各類(lèi)輸送設(shè)備、輔助設(shè)備及輔助系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與聯(lián)動(dòng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)與流程控制系統(tǒng)雖然存在于兩個(gè)行業(yè)，但是究其根本均為自動(dòng)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(shí)現(xiàn)、已整合的功能，可完全運(yùn)用于流程控制系統(tǒng)中。這些功能對(duì)散貨碼頭流程控制系統(tǒng)而言是缺失抑或是可完善升級(jí)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(dòng)化碼頭運(yùn)用的可行性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)

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(luò)管理系統(tǒng)、各車(chē)站的車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)輛段綜合監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)、培訓(xùn)管理系統(tǒng)及用于將各系統(tǒng)連接的通信主干網(wǎng)絡(luò)等組成。在這里我們主要關(guān)注車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)與中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1.1 車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)

各車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下硬件設(shè)備：

（1）以太網(wǎng)交換機(jī)。車(chē)站設(shè)備機(jī)房設(shè)置兩臺(tái)互為冗余的交換機(jī)，主要用于連接服務(wù)器、前端處理器、操作工作站及連接通信主干網(wǎng)等。

（2）服務(wù)器。車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)配置一套互為冗余的實(shí)時(shí)服務(wù)器，用于車(chē)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，為操作站提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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

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

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及電力監(jiān)控系統(tǒng)為車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，其與車(chē)站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)深度集成，通過(guò)實(shí)時(shí)服務(wù)器直接采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)上的全方位監(jiān)控與操作。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)示意圖

其余車(chē)站子系統(tǒng)例如屏蔽門(mén)系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、自動(dòng)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(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，通過(guò)前端處理器接入，根據(jù)實(shí)際需要在綜合監(jiān)控平臺(tái)界面上實(shí)現(xiàn)監(jiān)控及操作功能，車(chē)站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 車(chē)站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

1.1.2 中心級(jí)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(chē)站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)增加一套冗余的歷史服務(wù)器，用于歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，向中心操作站提供歷史基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成如歷史報(bào)警記錄及生產(chǎn)報(bào)表等。

中心級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要集成互聯(lián)主、備控制中心的門(mén)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(guò)全線主干網(wǎng)將各車(chē)站級(jí)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)信息匯集到主、備控制中心，實(shí)現(xiàn)整條地鐵線路的綜合監(jiān)控。

1.2 港口散貨自動(dòng)化流程控制系統(tǒng)

港口散貨自動(dòng)化流程控制系統(tǒng)主要以碼頭為單位，各個(gè)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(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)相類(lèi)似，由交換機(jī)、實(shí)時(shí)服務(wù)器、歷史服務(wù)器及操作站組成。

散貨自動(dòng)化流程控制系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)以輸送設(shè)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(lèi)型，甚至同類(lèi)型碼頭間，子系統(tǒng)的數(shù)量、種類(lèi)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(jī)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(cè)系統(tǒng)、有毒可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)等，均根據(jù)實(shí)際接口情況通過(guò)不同方式接入流程控制系統(tǒng)中。

圖3 散貨自動(dòng)化流程控制系統(tǒng)總平圖

2 系統(tǒng)差異性

從系統(tǒng)架構(gòu)上看，單一碼頭的散貨自動(dòng)化流程控制系統(tǒng)更類(lèi)似于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的中心級(jí)架構(gòu)車(chē)站化，系統(tǒng)復(fù)雜度相對(duì)較低。綜合監(jiān)控系統(tǒng)則是集成了地鐵線路所有的站點(diǎn)，無(wú)論從底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到整體系統(tǒng)架構(gòu)，其復(fù)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(nèi)核均為對(duì)系統(tǒng)下各集成子系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，本質(zhì)上并無(wú)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(zāi)自動(dòng)報(bào)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(nèi)，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(dòng)化流程控制系統(tǒng)在軟硬件構(gòu)成均相似，不同的是地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)已基本完全邁入國(guó)產(chǎn)化，使用國(guó)內(nèi)廠商自主開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，而港口散貨自動(dòng)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(shí)在各個(gè)城市地鐵線路中均已不同程度的部署，運(yùn)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(gè)港區(qū)甚至不同港區(qū)的多個(gè)散貨自動(dòng)化碼頭通常屬于同一家港務(wù)集團(tuán)下屬的不同港務(wù)公司。綜合監(jiān)控系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)如圖4所示，以該系統(tǒng)作為基礎(chǔ)架構(gòu)引入散貨自動(dòng)化碼頭，流程控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)可更新為碼頭級(jí)的流程控制系統(tǒng)及中心級(jí)的流程控制系統(tǒng)。各個(gè)碼頭的流程控制系統(tǒng)可視作各個(gè)車(chē)站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于各碼頭層級(jí)的監(jiān)視與操作。同時(shí)，在集團(tuán)設(shè)置一套與主備控制中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)概念類(lèi)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(gè)港區(qū)所有散貨自動(dòng)化碼頭業(yè)務(wù)的中樞，對(duì)港區(qū)整體作業(yè)情況進(jìn)行把控，實(shí)施更精細(xì)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(jié)構(gòu)示意圖

3.1 單碼頭系統(tǒng)

3.1.1 硬件配置

以車(chē)站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)建設(shè)碼頭級(jí)港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)。配置一套冗余實(shí)時(shí)服務(wù)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(jī)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(guān)系相關(guān)子系統(tǒng)做互聯(lián)。通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)概念的引入，新架構(gòu)下的碼頭級(jí)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(chǔ)功能，同時(shí)可實(shí)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(shè)備控制系統(tǒng)為核心，在新架構(gòu)下碼頭級(jí)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(duì)象主要包括供電系統(tǒng)中可以遠(yuǎn)方控制的開(kāi)關(guān)、刀閘、自動(dòng)裝置、主變壓器分接頭以及微機(jī)保護(hù)的定值修改、保護(hù)信號(hào)復(fù)歸等。

系統(tǒng)主要對(duì)變電所主要電源的電流、電壓、功率、電度和保護(hù)裝置的參數(shù)設(shè)定值、保護(hù)動(dòng)作值等進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。通過(guò)對(duì)電力參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)碼頭級(jí)的電能統(tǒng)計(jì)與管理。

（2）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。顯示火災(zāi)報(bào)警點(diǎn)，消防設(shè)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(hào)、水泵水管的壓力報(bào)警值。實(shí)現(xiàn)碼頭管轄范圍內(nèi)災(zāi)情的監(jiān)視與火災(zāi)信息的采集。

（3）大機(jī)遠(yuǎn)程控制監(jiān)視系統(tǒng)。將堆取料機(jī)、卸船機(jī)、裝船機(jī)等大機(jī)的RCMS 系統(tǒng)接入碼頭級(jí)港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)碼頭內(nèi)大機(jī)的狀態(tài)信息、故障信息全方位的監(jiān)視與統(tǒng)計(jì)。

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(luò)改由接入前端處理器，通過(guò)物理隔離，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時(shí)根據(jù)實(shí)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(jí)港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)港區(qū)內(nèi)攝像機(jī)的遠(yuǎn)程控制及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。同時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際故障情況，實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)。進(jìn)一步可通過(guò)攝像機(jī)的前端處理功能實(shí)現(xiàn)視頻分析，并與碼頭內(nèi)設(shè)備實(shí)行聯(lián)動(dòng)。

（2）激光靠泊與海面環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在碼頭級(jí)港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)貨輪靠泊的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)碼頭區(qū)域環(huán)境情況實(shí)時(shí)同步了解。該功能主要面向碼頭調(diào)度人員。

3.2 中心級(jí)系統(tǒng)

中心級(jí)港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)分別設(shè)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(shí)時(shí)服務(wù)器用于控制中心本地系統(tǒng)接入及各碼頭級(jí)綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的整體接入，冗余歷史服務(wù)器用于歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與歸檔、冗余交換機(jī)用于構(gòu)建主干網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)時(shí)服務(wù)器與歷史服務(wù)器采用容災(zāi)備份，根據(jù)主備中心服務(wù)器的優(yōu)先級(jí)，依次進(jìn)行數(shù)據(jù)的推送與存儲(chǔ)，歷史數(shù)據(jù)在異常恢復(fù)后實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)同步。通過(guò)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(jí)港口綜合監(jiān)控系統(tǒng)匯集接入各碼頭實(shí)時(shí)作業(yè)情況及、歷史作業(yè)數(shù)據(jù)及電能統(tǒng)計(jì)等信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)港區(qū)散貨作業(yè)情況一張圖。實(shí)現(xiàn)整個(gè)港區(qū)散貨碼頭的用電能耗管理、實(shí)時(shí)吞吐量管理，為實(shí)時(shí)調(diào)度管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分的散貨自動(dòng)化碼頭的流程控制系統(tǒng)已運(yùn)行將近或超過(guò)十年，處于更新?lián)Q代期，可借此機(jī)遇通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。通過(guò)整體架構(gòu)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)資源整合，提升港口散貨業(yè)務(wù)管理效能。