摘要：詳細介紹了秦港煤三期scada系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件實現(xiàn)方法，以及其在煤炭裝卸生產(chǎn)中的應(yīng)用?？偨Y(jié)了該系統(tǒng)的功能和性能特點。站在港口生產(chǎn)信息化的高度，論述了與工業(yè)控制網(wǎng)緊密結(jié)合的港口生產(chǎn)實時管理系統(tǒng)的功能和作用。
1、引言
在港口煤炭裝卸生產(chǎn)中，動態(tài)監(jiān)控是生產(chǎn)管理的重要工作內(nèi)容，也是保證港口煤炭裝卸生產(chǎn)正常、安全、、經(jīng)濟運行的重要手段。同時，由于港口煤炭裝卸生產(chǎn)的日益集約化，對港口裝卸生產(chǎn)的控制、調(diào)度指揮和設(shè)備管理也提出了更高的要求。因此要求港口煤炭裝卸生產(chǎn)從現(xiàn)場控制層到管理層實現(xiàn)全面的無縫信息集成，并提供一個開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，以實現(xiàn)港口生產(chǎn)的信息化管理。目前我國各大專業(yè)煤炭港口，都在努力構(gòu)建自己的生產(chǎn)控制信息系統(tǒng)，以滿足港口生產(chǎn)信息化管理的各項要求。
2、港口煤炭裝卸生產(chǎn)中的scada系統(tǒng)
港口煤炭裝卸生產(chǎn)中的scada系統(tǒng)由港口裝卸作業(yè)流程控制系統(tǒng)與實時作業(yè)管理系統(tǒng)組成。裝卸作業(yè)流程控制系統(tǒng)負責港口生產(chǎn)的流程控制，考慮到港口煤炭裝卸生產(chǎn)的具體情況，采用開放式的高速以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)與工控網(wǎng)相結(jié)合，構(gòu)成了一個控制可靠，通訊的工業(yè)控制局域網(wǎng)。實時作業(yè)管理系統(tǒng)由信息采集服務(wù)器、信息處理服務(wù)器及皮帶秤服務(wù)器、電量采集服務(wù)器等共同組成。信息采集服務(wù)器經(jīng)mpi網(wǎng)從工控網(wǎng)中取得流程作業(yè)信息，信息處理服務(wù)器對所采集的流程作業(yè)信息以及皮帶秤服務(wù)器、電量采集服務(wù)器所采集的信息進行分類、處理、存儲。
2.1 港口煤炭裝卸生產(chǎn)的流程控制網(wǎng)絡(luò)
港口煤炭裝卸生產(chǎn)的流程可分為卸車流程和裝船流程。卸車流程是把煤炭從列車上翻卸下來，堆存在煤炭堆場，它主要由翻車機、堆料機、皮帶機組成。裝船流程是把煤炭從堆場取出裝到船舶里，它主要由取料機、裝船機、皮帶機組成。翻車機、堆料機、取料機、裝船機等單機是由本機plc控制器控制，皮帶機則由為它們供電的變電所plc控制器控制。流程控制則集中在中央控制室。中央控制室與各單機rtu共同組成了港口煤炭裝卸生產(chǎn)的流程控制網(wǎng)絡(luò)。以秦皇島港煤三期碼頭為例，該公司共有翻車機兩臺、堆料機兩臺，取料機三臺、裝船機三臺，十七條皮帶機，裝卸流程幾十條。其scada系統(tǒng)的主要功能是：（1）根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度的需要，選擇正確的流程。（2）對選擇的流程上的設(shè)備狀態(tài)信息進行采集，確保各單機在完好可用狀態(tài)。（3）對流程及各單機啟、停、運行，進行監(jiān)測與控制。
2.2 煤三期系統(tǒng)的流程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
煤三期流程控制系統(tǒng)包括上位監(jiān)控系統(tǒng)和plc控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
plc控制系統(tǒng)涵蓋煤三期的全部單機設(shè)備。單機的plc控制器作為rtu是scada系統(tǒng)的底層，自成系統(tǒng)負責本單機的信息采集、作業(yè)控制，并與中控室plc控制器通訊，為中控室plc控制器提供本機信息，并接受來自中控室plc控制器的流程命令。這里要說明的是，每個單機本身就是一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)。上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在公司的中央控制室內(nèi)。中央控制室根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度需要和各單機設(shè)備狀態(tài)，選擇*流程，啟動并監(jiān)控流程的運行，及時處理各種事件，在完成作業(yè)后停止流程。從而保證了煤炭作業(yè)生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、。煤三期單機的控制采用的是simatics7plc控制器，因此該scada系統(tǒng)是基于simatics7軟硬件平臺，并采用sinautst7遠程通訊系統(tǒng)的scada系統(tǒng)。
2.3 流程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
該系統(tǒng)硬件可分為單機和中央控制室兩部分。單機以plc控制器作為控制中心，完成本機的作業(yè)功能，通過sinautst7遠程通訊系統(tǒng)，經(jīng)光纖或無線通訊與中控室plc控制器互通信息。中央控制室則包含中控室plc控制器和上位監(jiān)控系統(tǒng)及實時作業(yè)管理系統(tǒng)。
圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.3.1單機硬件設(shè)計
單機的硬件包括，處理中心cpu-414、用于信息采集的數(shù)字輸入模板、用于命令輸出的數(shù)字輸出模板、單機位置檢測單元、皮帶秤單元、通訊處理器sinaut等。由于部分單機是移動作業(yè)，因此rtu與中央控制室經(jīng)無線或光纖與sinaut通訊網(wǎng)聯(lián)接。
2.3.2中控室硬件設(shè)計
中央控制室硬件包含中控室plc控制器、上位監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。plc控制系統(tǒng)由中控室plc控制器cpu414-3、用于皮帶秤數(shù)據(jù)傳輸?shù)膁i模塊，通訊模塊采用了sinaut網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品tim4rd模塊。
上位監(jiān)控系統(tǒng)采用客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器保存了整個生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，客戶機作為操作員接口。整個上位監(jiān)控系統(tǒng)連接成為100mhz以太網(wǎng)絡(luò)。上位監(jiān)控系統(tǒng)由三臺上位機（操作員站）和一臺服務(wù)器構(gòu)成，服務(wù)器通過mpi網(wǎng)絡(luò)收集流程中的信息和發(fā)送流程指令，上位機通過畫面對整個流程進行監(jiān)視和控制。其主要功能是對工藝流程進行系統(tǒng)操作、設(shè)備控制、流程畫面顯示及監(jiān)控等，并可顯示工藝流程設(shè)備的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、計量數(shù)據(jù)等各種現(xiàn)場信息，并可以記錄、存儲、打印、輸出報表。
2.3.3通訊方案設(shè)計
中控室與各移動單機間的通訊采用siemenssinaut網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品tim4r和tim4v模塊，及data-linc公司的srm6100無線調(diào)制解調(diào)器。tim4r將各移動單機的信息收集后，可直接通過mpi網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器上，而不經(jīng)過中控室plc控制器，從而減輕了plc的處理負擔和網(wǎng)絡(luò)負擔。中控室與各變電所間的通訊為：各變電所plc經(jīng)omc將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖與esm交換機組成10/100mhz以太網(wǎng)，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳送至中控室plc控制器。
tim是sinaut系統(tǒng)的核心硬件，其主要功能是通訊控制。它的重要特點之一是帶有自己的存儲器，tim可以提供多達1mbyte的存儲空間，用于當連接中斷或通訊方脫網(wǎng)時保存重要數(shù)據(jù)。
3、控制軟件的實現(xiàn)
scada軟件由兩部分組成，即上位監(jiān)控系統(tǒng)運行的流程監(jiān)控程序以及plc控制器運行的工業(yè)控制程序。
plc控制程序以單機、流程為監(jiān)控對象，對單機及流程設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)、單機位置、故障、皮帶秤數(shù)據(jù)進行采集并監(jiān)控。
上位監(jiān)控系統(tǒng)的控制范圍包括所有的工藝設(shè)備及計量裝置。主要功能有：工藝系統(tǒng)全貌顯示、帶式輸送機系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障內(nèi)容顯示、帶式輸送機的空載或重載顯示、各單機的運行狀態(tài)和故障狀態(tài)顯示、流程顯示和啟?？刂?。
4、實時作業(yè)管理系統(tǒng)的功能
實時作業(yè)管理系統(tǒng)主要是綜合各系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)信息為港口生產(chǎn)提供信息共享服務(wù)。實時作業(yè)管理系統(tǒng)的信息采集服務(wù)器通過工業(yè)以太網(wǎng)與中控室plc控制器相連，獲取plc所產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)，信息處理服務(wù)器對所采集的數(shù)據(jù)及電能量、皮帶秤的各種信息進行分類、處理、存儲（中控室操作人員也可通過操作員站輸入實時處理所需的數(shù)據(jù)或?qū)λ敂?shù)據(jù)進行人工干預(yù)），供調(diào)度指揮人員參考，并可實現(xiàn)實時作業(yè)管理及機電設(shè)備管理等功能。
4.1 實時作業(yè)管理
實時作業(yè)管理是通過對流程運行狀態(tài)、流程運行設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控和記錄及對電能量和皮帶秤數(shù)據(jù)的記錄，形成流程及單臺設(shè)備實時數(shù)據(jù)庫，為生產(chǎn)調(diào)度和設(shè)備管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對流程及設(shè)備的運行時間、故障情況、空載率、超載情況、用電量等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。
4.2 機電設(shè)備管理
機電設(shè)備管理是通過對設(shè)備的運行時間、故障情況、空載率、超載情況、用電量等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計形成設(shè)備月度完好率、機電設(shè)備故障報表、機電設(shè)備運行報表、裝卸機械均勻運用情況報表、能源消耗統(tǒng)計表等與設(shè)備相關(guān)的統(tǒng)計報表，為設(shè)備的管理、維修、使用提供參考依據(jù)。
5、scada系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能及性能特點
5.1 系統(tǒng)的主要功能
5.1.1流程控制功能
流程控制功能主要是實現(xiàn)對單機和皮帶機的遠程控制及自動啟停，在檢測的基礎(chǔ)上進行信息加工，根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度指令決定流程的選用，控制流程及單機進行生產(chǎn)作業(yè)。
5.1.2流程監(jiān)控及故障采集功能
上位監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器通過mpi網(wǎng)絡(luò)收集流程中的信息和發(fā)送流程指令，并通過中控plc采集流程及單機故障，這些信息均可在上位機流程監(jiān)控畫面上進行顯示。
5.1.3數(shù)據(jù)庫功能及報表功能
數(shù)據(jù)庫功能是將檢測的實時數(shù)據(jù)、人工輸入的數(shù)據(jù)等信息，包括流程作業(yè)實時數(shù)據(jù)、設(shè)備故障信息、電能量數(shù)據(jù)、皮帶秤數(shù)據(jù)等進行分析、歸納、整理、計算等二次加工，并制成事實和歷史數(shù)據(jù)庫記憶存儲。報表功能是通過對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的處理得出生產(chǎn)調(diào)度管理和機電設(shè)備管理所需的各種報表。
5.2 系統(tǒng)的性能特點
5.2.1性能良好的上位機系統(tǒng)
siemens上位機系統(tǒng)采用客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點：
數(shù)據(jù)的同步和完整性：在客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，實時數(shù)據(jù)放在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫里，而客戶機內(nèi)無數(shù)據(jù)庫，它通過網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)器的數(shù)據(jù)進行訪問和操作。由于系統(tǒng)中只有一個數(shù)據(jù)庫，就能避免多操作站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不同步問題。
報警確認的*性：系統(tǒng)產(chǎn)生的任何報警都能在任意一個客戶機上進行一次性確認，從而避免了多操作站有時需要多次確認等問題。
良好的系統(tǒng)擴展能力：如果需要增加操作員站只需增加廉價的客戶機即可。
5.2.2強大的通訊系統(tǒng)
該scada系統(tǒng)采用的sinautst7通訊系統(tǒng)具有以下特點：
通訊冗余：可以選用基于廣域網(wǎng)的各種連接方式，實現(xiàn)通訊的冗余結(jié)構(gòu)。一個sinaut站點可以通過兩個接口連接廣域網(wǎng)來實現(xiàn)通訊的冗余結(jié)構(gòu)，兩個接口可以連接相同或不同類型的廣域網(wǎng)，如一個專線網(wǎng)絡(luò)和一個撥號網(wǎng)絡(luò)。
提供事件觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸：sinautst7軟件提供在cpu和cpu之間或cpu與監(jiān)控中心服務(wù)器之間，以事件觸發(fā)的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。連接失敗、cpu或控制中心故障都可以被顯示出來;故障排除后，數(shù)據(jù)會自動更新。
本地數(shù)據(jù)存儲：tim傳輸模塊是sinautst7系統(tǒng)的核心硬件，他的重要特點之一是能夠存儲數(shù)據(jù)。tim可以提供1mb的存儲空間，用于連接中斷時保存重要數(shù)據(jù)。
5.2.3緊密結(jié)合的控制網(wǎng)和信息網(wǎng)
以實時作業(yè)管理系統(tǒng)為核心的信息網(wǎng)，經(jīng)mpi網(wǎng)從工控網(wǎng)中取得流程作業(yè)信息，確保了信息的及時性和準確性。而信息網(wǎng)的電能量和皮帶秤信息又為提高作業(yè)生產(chǎn)效率提供依據(jù)，尤其是皮帶秤信息被直接引入控制網(wǎng)，作為控制生產(chǎn)作業(yè)量的參考數(shù)據(jù)。
6、結(jié)束語
該scada系統(tǒng)充分考慮到港口煤炭裝卸生產(chǎn)的實際情況，采用的sinautst7廣域網(wǎng)scada系統(tǒng)是構(gòu)建在simatics7硬件平臺上的模塊化scada系統(tǒng)，是一個革命性的系統(tǒng)，它通過特殊的硬件及軟件為控制中心提供了對遠程過程站全自動的監(jiān)控功能。通過引入該scada系統(tǒng)，大大提高了煤炭裝船調(diào)度指揮控制系統(tǒng)的先進性和可靠性，使煤炭裝船調(diào)度指揮控制系統(tǒng)成為先進的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化控制和管理系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)效率，提升了管理水平。