摘 要：詳細(xì)介紹了秦港煤三期SCADA系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件實(shí)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(diǎn)。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(shí)時(shí)管理系統(tǒng)的功能和作用。 關(guān)鍵詞：港口; SCADA系統(tǒng); 工業(yè)控制網(wǎng) 1 引言 　　在港口煤炭裝卸生產(chǎn)中，動(dòng)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、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。同時(shí)，由于港口煤炭裝卸生產(chǎn)的日益集約化，對(duì)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(chǎng)控制層到管理層實(shí)現(xiàn)全面的無(wú)縫信息集成，并提供一個(gè)開放的基礎(chǔ)構(gòu)架，以實(shí)現(xiàn)港口生產(chǎn)的信息化管理。目前我國(guó)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(xiàng)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(shí)時(shí)作業(yè)管理系統(tǒng)組成。裝卸作業(yè)流程控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)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(gè)控制可靠，通訊高效的工業(yè)控制局域網(wǎng)。實(shí)時(shí)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(duì)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(jìn)行分類、處理、存儲(chǔ)。 　　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(lái)，堆存在煤炭堆場(chǎng)，它主要由翻車機(jī)、堆料機(jī)、皮帶機(jī)組成。裝船流程是把煤炭從堆場(chǎng)取出裝到船舶里，它主要由取料機(jī)、裝船機(jī)、皮帶機(jī)組成。翻車機(jī)、堆料機(jī)、取料機(jī)、裝船機(jī)等單機(jī)是由本機(jī)PLC控制器控制，皮帶機(jī)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(jī)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(jī)兩臺(tái)、堆料機(jī)兩臺(tái)，取料機(jī)三臺(tái)、裝船機(jī)三臺(tái)，十七條皮帶機(jī)，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(duì)選擇的流程上的設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行采集，確保各單機(jī)在完好可用狀態(tài)。（3）對(duì)流程及各單機(jī)啟、停、運(yùn)行，進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(jī)設(shè)備。單機(jī)的PLC控制器作為RTU是SCADA系統(tǒng)的底層，自成系統(tǒng)負(fù)責(zé)本單機(jī)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(jī)信息，并接受來(lái)自中控室PLC控制器的流程命令。這里要說(shuō)明的是，每個(gè)單機(jī)本身就是一個(gè)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(jī)設(shè)備狀態(tài)，選擇最優(yōu)流程，啟動(dòng)并監(jiān)控流程的運(yùn)行，及時(shí)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、高效。煤三期單機(jī)的控制采用的是SIMATIC S7 PLC控制器，因此該SCADA系統(tǒng)是基于SIMATIC S7軟硬件平臺(tái)，并采用SINAUT ST7遠(yuǎn)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(jì) 　　該系統(tǒng)硬件可分為單機(jī)和中央控制室兩部分。單機(jī)以PLC控制器作為控制中心，完成本機(jī)的作業(yè)功能，通過SINAUT ST7遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，經(jīng)光纖或無(wú)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(shí)時(shí)作業(yè)管理系統(tǒng)。 [align=center] 圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　2.3.1單機(jī)硬件設(shè)計(jì) 　　單機(jī)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(jī)位置檢測(cè)單元、皮帶秤單元、通訊處理器SINAUT等。由于部分單機(jī)是移動(dòng)作業(yè)，因此RTU與中央控制室經(jīng)無(wú)線或光纖與SINAUT通訊網(wǎng)聯(lián)接。 　　2.3.2中控室硬件設(shè)計(jì) 　　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)腄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(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器保存了整個(gè)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，客戶機(jī)作為操作員接口。整個(gè)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(tái)上位機(jī)（操作員站）和一臺(tái)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(jī)通過畫面對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行監(jiān)視和控制。其主要功能是對(duì)工藝流程進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、計(jì)量數(shù)據(jù)等各種現(xiàn)場(chǎng)信息，并可以記錄、存儲(chǔ)、打印、輸出報(bào)表。 　　2.3.3通訊方案設(shè)計(jì) 　　中控室與各移動(dòng)單機(jī)間的通訊采用SIEMENS SINAUT網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品TIM4R和TIM4V模塊，及DATA-LINC公司的SRM 6100無(wú)線調(diào)制解調(diào)器。TIM4R將各移動(dòng)單機(jī)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(fù)擔(dān)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。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(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光纖與ESM交換機(jī)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(diǎn)之一是帶有自己的存儲(chǔ)器，TIM可以提供多達(dá)1Mbyte的存儲(chǔ)空間，用于當(dāng)連接中斷或通訊方脫網(wǎng)時(shí)保存重要數(shù)據(jù)。 3 控制軟件的實(shí)現(xiàn) 　　SCADA軟件由兩部分組成，即上位監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的流程監(jiān)控程序以及PLC控制器運(yùn)行的工業(yè)控制程序。 　　PLC控制程序以單機(jī)、流程為監(jiān)控對(duì)象，對(duì)單機(jī)及流程設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)、單機(jī)位置、故障、皮帶秤數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)量裝置。主要功能有：工藝系統(tǒng)全貌顯示、帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障內(nèi)容顯示、帶式輸送機(jī)的空載或重載顯示、各單機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)顯示、流程顯示和啟?？刂?。 4 實(shí)時(shí)作業(yè)管理系統(tǒng)的功能 　　實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，信息處理服務(wù)器對(duì)所采集的數(shù)據(jù)及電能量、皮帶秤的各種信息進(jìn)行分類、處理、存儲(chǔ)（中控室操作人員也可通過操作員站輸入實(shí)時(shí)處理所需的數(shù)據(jù)或?qū)λ敂?shù)據(jù)進(jìn)行人工干預(yù)），供調(diào)度指揮人員參考，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)作業(yè)管理及機(jī)電設(shè)備管理等功能。 　　4.1實(shí)時(shí)作業(yè)管理 　　實(shí)時(shí)作業(yè)管理是通過對(duì)流程運(yùn)行狀態(tài)、流程運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控和記錄及對(duì)電能量和皮帶秤數(shù)據(jù)的記錄，形成流程及單臺(tái)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為生產(chǎn)調(diào)度和設(shè)備管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對(duì)流程及設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、故障情況、空載率、超載情況、用電量等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 　　4.2機(jī)電設(shè)備管理 　　機(jī)電設(shè)備管理是通過對(duì)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、故障情況、空載率、超載情況、用電量等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)形成設(shè)備月度完好率、機(jī)電設(shè)備故障報(bào)表、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行報(bào)表、裝卸機(jī)械均勻運(yùn)用情況報(bào)表、能源消耗統(tǒng)計(jì)表等與設(shè)備相關(guān)的統(tǒng)計(jì)報(bào)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(shí)現(xiàn)的功能及性能特點(diǎn) 　　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(shí)現(xiàn)對(duì)單機(jī)和皮帶機(jī)的遠(yuǎn)程控制及自動(dòng)啟停，在檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(jī)進(jìn)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(jī)故障，這些信息均可在上位機(jī)流程監(jiān)控畫面上進(jìn)行顯示。 　　5.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)功能及報(bào)表功能 　　數(shù)據(jù)庫(kù)功能是將檢測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、人工輸入的數(shù)據(jù)等信息，包括流程作業(yè)實(shí)時(shí)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(jìn)行分析、歸納、整理、計(jì)算等二次加工，并制成事實(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)記憶存儲(chǔ)。報(bào)表功能是通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的處理得出生產(chǎn)調(diào)度管理和機(jī)電設(shè)備管理所需的各種報(bào)表。 　　5.2系統(tǒng)的性能特點(diǎn) 　　5.2.1性能良好的上位機(jī)系統(tǒng) 　　SIEMENS上位機(jī)系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 　　數(shù)據(jù)的同步和完整性：在客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)放在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)里，而客戶機(jī)內(nèi)無(wú)數(shù)據(jù)庫(kù)，它通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和操作。由于系統(tǒng)中只有一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，就能避免多操作站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不同步問題。 　　報(bào)警確認(rèn)的唯一性：系統(tǒng)產(chǎn)生的任何報(bào)警都能在任意一個(gè)客戶機(jī)上進(jìn)行一次性確認(rèn)，從而避免了多操作站有時(shí)需要多次確認(rèn)等問題。 　　良好的系統(tǒng)擴(kuò)展能力：如果需要增加操作員站只需增加廉價(jià)的客戶機(jī)即可。 　　5.2.2強(qiáng)大的通訊系統(tǒng) 　　該SCADA系統(tǒng)采用的SINAUT ST7通訊系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 　　通訊冗余：可以選用基于廣域網(wǎng)的各種連接方式，實(shí)現(xiàn)通訊的冗余結(jié)構(gòu)。一個(gè)SINAUT站點(diǎn)可以通過兩個(gè)接口連接廣域網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊的冗余結(jié)構(gòu)，兩個(gè)接口可以連接相同或不同類型的廣域網(wǎng)，如一個(gè)專線網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)。 　　提供事件觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸：SINAUT ST7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(jìn)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(lái);故障排除后，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)更新。 　　本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)：TIM傳輸模塊是SINAUT ST7系統(tǒng)的核心硬件，他的重要特點(diǎn)之一是能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。TIM可以提供1MB的存儲(chǔ)空間，用于連接中斷時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)性和準(zhǔn)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(yǔ) 　　該SCADA系統(tǒng)充分考慮到港口煤炭裝卸生產(chǎn)的實(shí)際情況，采用的SINAUT ST7廣域網(wǎng)SCADA系統(tǒng)是構(gòu)建在SIMATIC S7硬件平臺(tái)上的模塊化SCADA系統(tǒng)，是一個(gè)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(duì)遠(yuǎn)程過程站全自動(dòng)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(jìn)性和可靠性，使煤炭裝船調(diào)度指揮控制系統(tǒng)成為先進(jìn)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。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)： 　　1. 在PLC系統(tǒng)中引入帶存儲(chǔ)功能的TIM通訊器，當(dāng)通訊系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)保存現(xiàn)場(chǎng)信息，一旦通訊恢復(fù)，即可將現(xiàn)場(chǎng)信息傳送至中控室，保證了信息的完整性。 　　2. 將管理信息系統(tǒng)經(jīng)PLC接入控制網(wǎng)中，既保證了信息的實(shí)時(shí)性、真實(shí)性，又防止了病毒經(jīng)管理信息系統(tǒng)傳入控制網(wǎng)中，保障了控制網(wǎng)的安全。 參考文獻(xiàn)： 　　1 崔堅(jiān). 西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 　　2姜珊，雙凱.E-SCADA系統(tǒng)在采油作業(yè)中的應(yīng)用.微計(jì)算機(jī)信息，2005，10-1：36-38 　　3 Held G. 以太網(wǎng) 人民郵電出版社 2000 作者簡(jiǎn)介： 　　賈勤：（1972-），女，中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院信息工程系，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)等。Email : hb_jq2003@yahoo.com.cn。 　　劉雪飛：（1972-），女，中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院信息工程系，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)及信號(hào)處理。 　　洪達(dá)臣：（1965-），男，秦皇島港務(wù)集團(tuán)六公司，高級(jí)工程師。