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。 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(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)成了一個控制可靠，通訊高效的工業(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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fù)責(zé)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)，選擇最優(yōu)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、高效。煤三期單機的控制采用的是SIMATIC S7 PLC控制器，因此該SCADA系統(tǒng)是基于SIMATIC S7軟硬件平臺，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 　　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SINAUT ST7遠(yuǎn)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)。 [align=center] 圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　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)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/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(jìn)行監(jiān)視和控制。其主要功能是對工藝流程進(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SIEMENS SINAUT網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品TIM4R和TIM4V模塊，及DATA-LINC公司的SRM 6100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(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(dá)1Mbyte的存儲空間，用于當(dāng)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(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?？刂啤? 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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)程控制及自動啟停，在檢測的基礎(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采集流程及單機故障，這些信息均可在上位機流程監(jiān)控畫面上進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(rèn)的唯一性：系統(tǒng)產(chǎn)生的任何報警都能在任意一個客戶機上進(jìn)行一次性確認(rèn)，從而避免了多操作站有時需要多次確認(rèn)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SINAUT ST7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：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;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SINAUT ST7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(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 　　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SINAUT ST7廣域網(wǎng)SCADA系統(tǒng)是構(gòu)建在SIMATIC S7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(yuǎn)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(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： 　　1. 在PLC系統(tǒng)中引入帶存儲功能的TIM通訊器，當(dāng)通訊系統(tǒng)發(fā)生故障時，可自動保存現(xiàn)場信息，一旦通訊恢復(fù)，即可將現(xiàn)場信息傳送至中控室，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，既保證了信息的實時性、真實性，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. 西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南 機械工業(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.微計算機信息，2005，10-1：36-38 　　3 Held G. 以太網(wǎng) 人民郵電出版社 2000 作者簡介： 　　賈勤：（1972-），女，中國環(huán)境管理干部學(xué)院信息工程系，碩士，講師，研究方向：計算機測控系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)等。Email : hb_jq2003@yahoo.com.cn。 　　劉雪飛：（1972-），女，中國環(huán)境管理干部學(xué)院信息工程系，碩士，講師，研究方向：計算機測控系統(tǒng)及信號處理。 　　洪達(dá)臣：（1965-），男，秦皇島港務(wù)集團六公司，高級工程師。