面向智慧化港口要求的生产综合监控系统设计

1、面对才智化港口要求的生产综合监控系统设计白栋材 李娜 许童童 (信息中心 神华黄骅港务公司 河北省渤海新区 061113)摘 要: 针对港口煤炭装卸的具体特点,分析国内煤炭港口才智化建设现状的基础上，结合自动化工业限制从单体就地操作升级到工业数据中心、视频监控系统从模拟信号系统升级到IP数字智能监控系统，阐述煤炭港口综合监控系统的更新换代、系统特点及建设建议，提出面对才智化港口要求的生产综合监控系统建设方案。通过以工业以太网环网、工业限制数据中心和综合视频监控平台为核心的建设，实现面对才智化港口的生产综合监控，提高黄骅港生产作业监管水平，提升装卸作业效率，产生显著的经济效益。关键词：才智化港口

2、 综合视频监控 工业限制数据中心 工业以太环网Design of integrated monitoring system for intelligent port requirementsBai Dongcai quzhaoming wangkai (Limited liability company Shenhua Huanghua Port, Hebei Cangzhou 061113)Abstract:According to the characteristics of coal handling port, based on the analysis of domestic coa

3、l port intelligent construction situation, this paper will combine industrial automation upgrade from a single operation on the spot to the industrial data center, upgrade the video surveillance system from analog system to digital IP intelligent monitoring system, to understand the coal port integr

4、ated monitoring system upgrading, the characteristics and system construction proposal, put forward the construction scheme of integrated production monitoring system for intelligent port requirements. This paper expounds the construction content in industrial Ethernet ring network, industrial contr

5、ol and data center integrated video monitoring platform as the core, to achieve the production of integrated monitoring oriented intelligent port, the port of Huanghua to improve production level of supervision, improve the handling efficiency, has obvious economic benefits.Keywords: Intelligent har

6、bor; integrated video surveillance; industrial control data center; industrial Ethernet ring network0.引言黄骅港是神华集团煤炭运输的核心节点，在“北煤南运”的国家能源运输链条上占据着重要的枢纽位置，关系着华东、华南地区经济的平安稳定运行。近年来港口装卸作业自动化程度渐渐提高，视频监控、分布式工业限制系统得到了广泛应用，为黄骅港的平安稳定运行提高了重要保障。但不足之处也很明显，港口生产运营中的视频监控、PLC系统、工控监控系统各自独立，没有有效的整合在一起，没有发挥各系统对港口平安生产综合保障作

7、用。相对于神华矿井地下生产作业，港口露天作业在技术上更简洁实现无人自动化操作、远程智能监控，通过变电所之间组建工业环网无缝连接，完成才智化港口建设。本文以神华集团黄骅港生产作业运营为例，提出基于变电所千兆工业环网，融合现场PLC系统、HMI组态、视频监控系统、管控系统的生产综合监控系统设计方案，并接入神华办公网，实现黄骅港生产运营的才智化。1.生产综合监控系统的发展及演化1.1综合监控系统的三个阶段（1）单体模拟监控系统黄骅港视频监控初期只实现了单体设备（翻车机、堆料机、取料机、装船机）的系统建设。各个单体设备视频监控独立建设，为典型的以16路模拟硬盘录像机为核心的模拟标清监控系统，系统主要由

8、标清模拟摄像机、光端机、同轴电缆、DVR（16路模拟硬盘录像机）组成。前端模拟摄像机通过同轴电缆（长距离通过一对光端机）接入到单体设备操作间里的硬盘录像机中。模拟监控系统的缺点特别明显：一是模拟信号传输过程中，传输距离、转换环节对视频信号影响很大；二是传输介质确定了传输距离不大于1.2公里，难以满意长距离传输的要求；三是存储空间有限，不具备冗余功能，长时间保存、多次刻录会使画面质量严峻下降；四是系统维护和扩展特别困难；五是报警联动只能采纳硬联动，接线困难繁琐，工程上几乎无法实施大规模的报警系统联动。从这些分析来看，模拟监控通常只能应用于初级阶段的港口运营，对于多区域集控式管理、长距离远程操作、

9、前端设备规模大、高清图像存储量大的视频监控系统，模拟监控系统已左支右绌、顾此失彼。（2）IP数字智能监控系统单体设备（翻车机、堆料机、取料机、装船机）上DVR硬盘录像机采纳数字记录技术，逐步替代传统模拟硬盘录像机。DVR数字监控系统比较适合于单机本地监控存储为主，已经具备了简洁IP网络通讯功能，可满意少数网络阅读需求的监控环境，但是可处理的网络数据有限。DVR最大的贡献在于将模拟视频信号升级为数字视频数据。随着黄骅港生产设备增多，监控规模成倍扩大，流程日益困难，无人化操作的推广，集控中心的建设，DVR数字监控系统缺点日益凸显：一是可处理的视频输入有限，且不具备大规模的级联实力；二是IP通信功能

10、较弱无法满意大量视频回看和实时观看；三是数据存储依旧存在牢靠性差，磁盘无RAID爱护，视频数据丢失无法复原。（3）可视化综合管控系统随着监控行业进入高清时代，各个行业的视频监控系统全面采纳IP高清智能监控系统，港口视频监控系统进入全面数字化、网络化、系统集成化、高清智能化快速发展时代。可视化综合管控系统带来了巨大的变更：一是标清40万像素摄像机升级为高清200万或者300万像素的网络摄像机，解决了标清摄像机常见的“看得见、但看不清”的问题；二是网络摄像机内置Web服务器，并干脆供应以太网端口，自身输出数字视频信号，同时自带网管功能，增加了前端设备的维护性；三是海量数据存储-网络化使得传统的本地

11、录像功能全部转移到远程服务器上来实现，海量视频数据中心存储已经得到了实现，同时具备了更强的存储、检索和备份等功能；四是强大的中心限制-一套限制管理应用平台就可运行整个监控系统。平台架构图图2-1所示。图2-1 平台架构图1.2工业限制系统的两个阶段（1） 单机版Rsview 32和限制网黄骅港第一代工业限制PLC站硬件是罗克韦尔Rslogix5系列产品，PLC站软件是罗克韦尔单机版Rsview 32。全部设备（翻车机、堆料机、取料机、堆料机）实现的是单机手动操作，操作人员通过对讲机来指挥设备间联动，设备间通信功能由继电器触点通过硬线电缆的连接实现。这样的系统设计困难、维护性差、自动化程度低、操

12、作人员辛苦。第一代限制系统网络结构PLC机架之间采纳以同轴电缆、多模光纤为传输介质的总线型网络架构。机架间距离较近的ControlNet模块通过同轴电缆相连接，机架间距离较远的ControlNet模块通过同轴电缆-光电转换模块-多模光纤-光电转换模块-同轴电缆的方式相连接。由于其连接模式和通讯特点，该限制网络存在着严峻的平安隐患：一是主线同轴电缆或者光纤出现故障时会导致本线路全部远程CNB模块和本地CNB模块的通讯故障，影响面积太大，对生产造成较大的隐患；二是此通讯方式不利于在线监测和分析故障，不能很好地检测网络运行状态，和以太网通讯的方式相比存在较多的局限性。（2）分布式FactoryTal

13、k和以太网组态软件（Configuration Software）的出现彻底的变更了工业限制领域上位机生产综合监控平台。为了适应大型工厂的生产综合监控的要求，分布式上位监控系统应运而生。黄骅港采纳了罗克韦尔FactoryTalk View企业级的解决方案，支持分布式服务器/多用户应用，允许统一规划、分步实施，供应了多层协作的框架结构。RSLogix Architect:可用于创建代表限制系统的图形页面，可绘制出连接限制器的网络，能够高效的管理全部RSLogix 5000中限制器的相关文件。FactoryTalk View SE服务器:可用于存储工业限制项目，并且为客户机/工作站供应服务。Fac

14、toryTalk View SE工作站：工程师用于编辑工业限制项目。FactoryTalk View SE 客户机：操作人员生产综合监控。FactoryTalk View Point：基于Web的上位机画面，只可用于视察生产画面。RSlinx Classic：是一个完整的通信服务器，供应和生产现场设备ControlLogix的完备连接。RSNetWorx：通过一个友好软件界面，能够快速在网络上定义、配置和阅读ControlNet或者DeviceNet网络。FactoryTalk Transaction Manager:是一种运行在服务器上的软件应用程序，它可以管理工厂限制系统和商业数据库之间的

15、生产信息交换。FactoryTalk Historian SE:通过运用现成的接口，它供应了和其它限制系统便利的连接，通过对历史数据的分析，优化生产过程。2.生产综合监控系统设计方案黄骅港的才智化港口生产综合监控系统为建设变电所之间千兆工业以太环网，以此为基础建设自动化信息传输平台，实现翻车机、堆料机、取料机、装船机等主要生产作业场所的信息远程传输和共享集成，操作人员依据相关信息对各系统进行操控，从而实现远程监、管、控一体化，将现场的实时、历史及综合的数据形成生产调度信息，分析后为管理层供应决策依据。现场设备主要包括：一期有3台翻车机，堆场共计6个堆场设置66个垛位，4个装船泊位。二期有6台翻

16、车机，堆场共计6个堆场设置73个垛位，4个装船泊位。三四期有6台翻车机，建有筒仓48个，4个装船泊位。四期堆场有3个堆场24个垛位、1个煤炭装船泊位。现依据才智化港口要求进行升级改造，实现功能如下：（1） 实现皮带流程主要参数监测；（2） 实现各限制开关柜及电量参数监测；（3） 实现筒仓故障状态及信息监测，依据故障实现自动处理；（4） 组态生产综合监控系统人机界面，实现无人操作。（5） 实现港口关键设备、关键位置视频监控，并于现场故障信息联网互动；（6） 无缝接入工业以太网，构成才智化港口系统的一部分，实现远程监测和限制。依据上述要求，才智化港口采纳罗克韦尔分布式FactoryTalk为核心，

17、完成皮带、筒仓、变频器等相关设备的监测和限制功能；配置以太网摄像机作为视频监控点，完成港口生产的关键设备及关键位置工业视频监控。两路千兆工业网络连接安装在现场变电所的千兆环网交换机，一路为PLC监控系统传输用，另一路为视频信息传输用。面对才智港口要求的生产综合监控系统总体方案如图2-1所示。图2-1 面对才智港口要求的生产综合监控系统总体方案3.生产综合监控系统的具体应用3.1智能视频分析（1）特定区域进入检测港口煤炭堆卸垛位是禁止人员进入。特定区域进入检测功能可以实现对每个垛位进行高清监控。该功能启用以后，是通过视频画面中是否有不同于背景的其他物体，来侦测垛位区域是否有人类存在或者移动进入。

18、（2） 摄像机异样检测一些有阅历的作奸犯科分子，首先会对摄像机搞破坏才会行动。影响摄像机工作的常见手段有：对镜头进行有意遮挡；变更镜头方向；调整镜头焦距等。摄像机异样检测功能则可以实现对常见异样的报警。（3） 设线穿越报警黄骅港煤炭码头有着近二十公里的沿海作业区域，偶有群众趁着海水落潮之时翻越海岸护栏进入沿海滩涂捡拾贝壳，存在着很大的平安隐患。故在沿岸视频画面中以沿岸护栏为警戒线，一旦监控中有人翻越护栏，安保中心视频综合平台自动发觉并产生警报，提示安保人员刚好出警。（4）违规停车报警生产区域车辆必需停进规定的停车位置，严禁乱停车干扰生产作业。视频综合系统具有违规抓拍技术，嵌有违规停车算法的智能

19、监控摄像机安装在禁止车辆违停场所，对违规车辆现场进行取证。假如有车辆在禁停区域停车时间超过特定时间，视频综合平台就会发出报警，同时记录违规时间、高清图像。违规停车的证据可以在视频综合平台中以统计报表的形式查询，方法简洁、明白、直观。（5） 自燃智能检测煤炭从矿区通过铁路途需耗时2472小时才能到达港口，在敞篷运煤货车运输过程中由于雨淋或洒水，氧化程度渐渐加深。而且煤炭运输到达港口后会在堆场存放一周左右用于周转。特殊在夏季高温天气，港口煤垛受潮放出润湿热使内部的温度渐渐上升，引发自燃。综合监控系统可以把堆场设置成警戒区域，一旦检测到着火点或者烟雾，会以告警框的方式对着火点或者烟雾的范围进行标识，

20、并且自动报警通知消防队刚好出警。3.2智能工控分析（1）实时历史数据库管理随着港口生产规模的日益增大，生产数据管理查询系统显得愈发重要。实时历史数据库须要保存历史数据的现场监测点数量特别多，对大规模数据能够进行高度压缩，对数据采集的实时性和存储实力也有着较高的要求。黄骅港采纳了工业实时历史数据库PI作为系统的数据库。历史数据库采集到数据时，首先对其进行推断，然后全部在限值范围内的数据都将被过滤掉，全部超越限值的数据都将通过特定压缩算法压缩后记录。（2）工控画面实时WEB发布黄骅港智能工控具有WEB发布功能，全部的报表、实时工控画面、历史报警查询都通过FactoryTalk View Point软件进行了发布，可以通过IE阅读器访问发布后的网址进行访问及查询。WEB发布功能帮助用户分担部分客户端软件的安装和维护，使得用户能随时随地了解实时作业状况。（3）工业环网链路爱护黄骅港环形工业以太网技术是在港口工业以太网技术的基础上发展而来的最新探讨成果。环网技术是用来进行链路备份和网络冗余的重要技术，具有强大的“自愈”性能，环网线路某处发生断开故障，可保证在极短的时间内自动复原通讯。工业以太网环网不但在网络结构方面能够满意港口敏捷多变的需求，更能平安牢靠的将作业生产的信息传输到调度室，也推动了现场设备限制网、设备网升级至以太网，不仅节约了信息化建设的传输成本，还满意了视频综合监