港口智能化在干散货码头的应用

张凌震，宋文涛，翁培德

（1.中交机电工程局有限公司，北京 100088；2.中交一航局总承包工程分公司，天津 300456）

港口智能化在干散货码头的应用

张凌震1，宋文涛1，翁培德2

（1.中交机电工程局有限公司，北京 100088；2.中交一航局总承包工程分公司，天津 300456）

本文结合华能曹妃甸煤码头智能化运用，对港口散货运输、智能化建设发展进行了论述，以期对类似项目的实施有一定的指导和借鉴作用。

港口智能化；管控一体化；设备操作无人化；堆场三维化

引 言

进入 21世纪以来，随着经济全球化和现代物流管理链条的延伸，加上 IT技术的升级换代，港口散货运输智能化建设的不断深入，越来越多的港口利用信息化的手段来提升整个港口现代化水平，但往往有一些问题不可忽视：

1）基础的控制系统因为建设周期较早，部分设备的精度、电气化性能不高，在生产过程中，面临着一定误差，进而影响生产作业效率；

2）信息系统如生产业务系统、办公自动化系统、设备管理系统等已经得到了充分的应用。虽方便了生产经营活动，但各个系统间往往没有相互的关联，系统的入口也较多，相近数据不能在各信息系统间相互导入引用；

3）作为物流产业的一个中转站，目前传统的港口散货运输尚未把整个物流的上游（如铁路、矿方等），及下游（如船方、下游港、电厂客户等）进行信息化资源整合，大多还停留在电话及传真的沟通上；

在充分调研国内各散货码头智能化应用的基础上，华能曹妃甸港口公司基于对港口散货运输智能化的理解，实现了系统的可视化、设备的自动化，同时整合了与华能集团信息流的对接，与上下游客户的信息对接，实现了管控信息系统的一体化，较好的体现出港口的智能化水平。

1 系统的可视化

1.1 控制系统三维化

控制系统在上位机操作画面中，引入三维化界面操作，将上位机界面的整体工艺图、流程操作界面、皮带机操作界面、系统帮助、各辅助设备操作界面以及按钮、指示灯、限位开关等均进行三维化页面显示，图形图像依据工艺图纸进行适合操作方式的比例缩放，操作用户在操作过程中能够更直观的查看到现场设备的状态信息，以更方便的通知现场维修、维护人员处理现场故障，提高系统可视化程度的同时大大提高了生产过程中排除故障的时间。上位机操作界面如图1、图2。

图1 上位机中堆场皮带机及单机界面

图2 上位机操作界面

1.2 智能电量采集系统

管控系统负责从电量监控站中提取电量数据，通过对厂站进线、出线、变压器等状态监视，对故障动作信号的采集。使得生产决策能够更好的进行电量平衡计划，进行生产用电成本核对，进一步节能降耗提高综合产出效益。远程监控系统见图3。

图3 远程监控系统结构

1.3 智能照明系统

智能照明控制系统是利用港区内亮度采集与不同季节时钟综合比较技术，以公共照明回路为平台，对供电进行实时监控与跟踪，自动平滑地调节电路的开闭。控制核心为PLC，通过模拟量、数字量开闭实现对照明灯具状态监视，并将实际状态反馈至监控中心。

1.4 智能洒水系统

智能洒水系统是根据堆场库存要求，结合料堆大小、风向、室外温度、空气湿度、煤炭含水量特点，对堆场洒水的控制，以实现最优洒水效果。系统在泵房端及中控室远端均可控制。

1.5 工业监控系统智能化（智能分析）

华能曹妃甸煤码头在全场设置了近300个工业电视监控点，整个监控涵盖了各单机、堆场、皮带机沿线、驱动及机房、码头及海事、港区安防等系统。采用的200万像素高清数字摄像头，成像质量较高。这其中也给监控系统的智能化（智能分析）提供了一定基础。智能分析流程如图4。

图4 智能分析处理过程

智能视频分析在视频移动探测跟踪主机上完成，对视频图像数据进行算法分析（分析算法包含了：运动检测、目标跟踪、模式识别等方面），依据设置的安全策略及报警规则判断视频图像中是否具有可疑目标、是否促发报警，将报警事件相关信息发送到控制中心，再由控制中心分发到集成信息平台客户端，产生相应的报警联动。智能分析警界规则设置界面如图5。

图5 智能分析警界规则设置界面

1.6 数据的可视化（大数据平台）

大数据服务在港口日常运营中通过收集、积累一段时间（不少于6个月）港口设备运行、生产调度等数据，诸如各装卸系统单机和各主要部件设备故障发生率、故障排除所需时间、保养间隔时间等，通过对这些日常庞大数据的统计分析，摸索出内部逻辑脉络，计算出各事件触发规律，为港口运营管理部门预先提供事件预报。提高了港口运营效率，为合理安排装卸系统设备维护、提高备品备件周转使用率及减少其资金占有率等方面提供了预先数据支持。

1.7 运营维护的可视化（设备在线监测、智能点检）

华能曹妃甸港口在运营维护方面的智能化系统主要包括：设备在线实时检测系统、智能点检系统。

1）设备在线实时检测系统：通过网络将现有的电气设备（如，PLC、智能仪表、变频器、高压设备、智能MCC等）设备参数实时准确的采集到计算机中。可实时在线监测数据，同时对数据进行分析，判断出设备故障。

2）智能点检系统

图6 系统拓扑结构

智能点检系统采用专业手持点检仪，可对设备振动、温度、手抄量、观察量进行直接采集并具有拍照功能。采集完成后可以通过WIFI将数据上传至点检系统。系统可统计点检任务执行情况，对点检发现的问题后续处理如维修管理等也提供管理功能。可针对点检标准设定、工艺标准设定、作业指令下达、设备运行日志、设备点检、设备封点、设备封点故障后续处理、设备故障、设备普查等管理，根据翻堆、取装各生产环节的过程数据记录并持续追踪。同时与管控一体化系统进行接口整合，对各单机、流程、系统的运行完好率、作业率进行统计汇总。

2 管控的一体化

2.1 管控一体化平台（all in one）

图7 管控一体化作业平台主界面

图8 管控系统流程

管控系统的一体化作为底层控制系统的延伸，为打通港口信息系统的上下层建立连接，同时作为管理的门户也是整个管理系统的单一入口。平台整合了其它系统，使用单点登录（Single Sign On）的方式，与其它系统进行账户权限关联，做到了all in one，建立一套共享专用数据库，把账户权限管理、门户模块管理都纳入进来。其它系统都与此平台进行对接，省去了用户繁琐的账户及权限麻烦。

2.2 管控一体化与控制系统底层结合

图9 数据流向

首先将控制系统PLC的数据进入实时数据库，再使用 FactoryTalk_Transaction_Manager将实时数据导入到MS SQL Server公用数据库，同时管理系统的数据也通过这个公用数据库写回到PLC系统，所有管理系统数据与控制 PLC系统的指令分发均通过这个数据库交互，形成管控一体化共用接口调用的中枢。

2.3 管控一体化与上层分析决策系统

管控一体化系统的主要设计原则是承上启下的作用，在整个信息化系统的体系中，属于中间地位。下接控制系统，将生产经营系统的相关数据下发至控制系统以实现流程的直接调度管理；上接分析决策系统，对接华能集团的ERP系统，包括SAP系统、燃料管理系统等。自下而上，打通整个与港口相关的全数据链路。

3 设备的自动化

3.1 皮带机自动化（流程智能启停）

智能流程选择系统将单机作为初始数据，对所有流程进行数据规划，操作人员在画面中选择对应单机操作，选择完成后直接筛选出相应流程，并同时显示流程所包含的主要设备的路径信息，点击“启动”可一键启动整个流程。

3.2 堆场单机无人化（无人堆取料系统）

图10 单机无人化监控界面

根据华能曹妃甸智能化管理的要求，在工程建设期就将堆场 10台单机按照无人化的模式实施。单机无人化系统的实施主要分为3个层次：

1）中控室远程手动控制

堆单机自动化首先实现大机的远程化操作阶段，在中控室内采用操作手柄，进行包括走行、俯仰、旋转等动作。

2）中控室远程半自动控制

半自动取料是指对位、塌垛、换层等情形下采用中控远程手柄操作，当前层取料时采用自动控制取料的方式。

3）中控室远程全自动控制

中控室的全自动作业模式是整个无人作业系统的核心，也是主要使用方式。只需要从管控一体化系统下发设定的堆取料任务，系统按照设定的参数自动化取料运行，同时，在特殊情况下，人工可以随时参与中控手柄手动操作，对系统的兼容性、安全性和完整性达到更高层次。

3.3 三维管控一体化实时平台

华能曹妃甸港口无人化管控项目中，使用虚拟现实平台，配合自建数据库把现场各单机、皮带机运行数据在虚拟现实平台上进行模型、状态重塑，以三维立体画面直接反映现场设备运行状态（图11），把以前需要多流程、多层级的控制、监控动作整合在一个平台上。系统结合管控数据，让整个港口的运行信息、管理信息一目了然。同时系统支持港口内网络和互联网，这样可以让现场巡视人员借助移动设备掌握港口实时运行状态，及时处理任何突发事件。

图11 三维管控一体化实时平台

4 服务的一体化

4.1 客户服务系统

华能曹妃甸煤码头客户服务系统部署在公司的内网，客户服务系统底层核心数据与管控一体化系统整合，访问界面分离，通过预分配的查询权限只能查询属于该客户的资料。客户通过自身在港口注册账号信息，登录港口客户网站系统，可以直观的看到自己存储的货物信息在港存储位置、数量以及实时三维状态，同时结合视频监控系统，可以真实的看到堆场状态，做到港口货物真正的透明化。移动端与系统无缝衔接，以APP或微信的方式将重要信息推送给客户，以方便客户浏览。

4.2 信息公开平台

信息公开平台是华能曹妃甸整合内网的主要数据资源，在管控一体化系统中通过大数据提取技术，将需要对外开放的数据独立写入信息公开平台服务器。由信息公开平台统一发布接口，接口与公司外部网站、上流铁路系统来车计划等、下游电厂及其它客户的货运信息、船舶信息等进行对接集成，从而与外部信息的对外开放。

4.3 煤炭超市

煤炭超市和其它网络超市一样，把煤种不同、煤质各异的煤炭放进超市；客户直接在网上根据需求订货，系统根据用户的需求直接把订单信息派送到管控一体化系统，直接按订单生产。

华能曹妃甸公司的特点是其集团业务板块对于整个煤炭行业的全产业链都有涉及，通过建立煤炭超市来实现系统内的上下游煤炭需求，同时对外部煤炭行业上下游开放功能，实现交易便捷化。

5 结 语

智能化港口、数字化港口作为提升港口技术水平的一项重要举措，需要充分考虑港口智能化的重要性，从控制系统底层出发，将设备自身特性、精度、自动化程度等进行详细设计，在管控一体化系统层下整合全港区的各种数据资源，从整体上完善信息流、产业流所要涉及的各方面，打通从煤矿到铁路，从进港到装船，再从船舶到下流电厂等全产业链的数据体系，华能曹妃甸煤码头的智能化建设为国内其它港口智能化的发展提出新思路。

Application of Port Intelligence in Dry Bulk Terminal

Zhang Lingzhen1，Song Wentao1，Weng Peide2
（1.CCCC Mechanical & Electrical Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100088，China； 2.CCCC First Harbor Engineer Co.，Ltd.Overall Contract Branch，Tianjin 300456，China）

This article combined with port intelligence applied in Huaneng Caofeidian coal terminal project，expound the development of bulk terminal transportation、intelligence construction，and hopefully it can be used as guidance and reference for the similar project.

port intelligence； integration of management and control； unmanned operation； 3D yard

U656.106

A

1004-9592（2016）05-0092-05

10.16403/j.cnki.ggjs20160523

2016-02-06

张凌震（1977-），男，高级工程师，主要从事港口机电工程管理工作。