散货码头生产过程管理系统的研发与应用

冯华龙 赵才军 单伟林 吴雨齐

宁波港股份有限公司北仑矿石码头分公司



散货码头生产过程管理系统的研发与应用

冯华龙 赵才军 单伟林 吴雨齐

宁波港股份有限公司北仑矿石码头分公司

为实现实时动态监控整个生产过程、科学合理组织生产，根据对研发重点和研发目标、关键技术环节的实施的分析，研发了散货码头生产过程管理系统。该管理系统通过对整个生产过程的数据采集分析和动态监控，实现了精准调度，同时也为设备和人员的精细化管理提供了依据。

散货码头； 生产过程管理 ； 精准管理

1 引言

国内散货码头公司经过多年的发展，大多建立了现代化的生产控制系统，但生产过程的管理还是粗放式的，主要依靠管理者的经验，很多调度指挥过

程仍依靠电话和对讲机，需要管理者与操作者不断地沟通确认。因此，有必要研发散货码头生产过程管理系统(以下简称管理系统)，实时动态地监控整个生产过程，科学合理地组织生产，使装卸过程更加稳定顺畅，提高生产效率，保证货运质量。

2 管理系统的研发目标

通过该管理系统的使用，使不同层次、不同岗位的生产及技术管理人员能实时动态地掌握生产作业过程数据，实现精准调度，指导用户及时发现并快速处理生产过程中出现的各种问题；使各级管理人员能从自身工作需要出发，对生产过程数据进行不同维度的分析统计。

2.1 管理系统的研发重点

散货码头装卸业务的核心部分是散货的卸船环节，只有把整个卸船过程的各个环节做到环环相扣、不留空档，对参与卸船作业的人员和设备做到精准管理，才能有效提升公司的生产效率、管理水平和市场竞争力。为此，管理系统的研发重点应放在卸船环节上，再通过提取中央控制系统数据，实现对装船、装车过程的实时动态监控，从而达到生产过程管理全覆盖的目标。

2.2 多版本的客户端

为了适应各个岗位的使用需要，特别是满足生产组织者的需要，开发了针对管理人员和现场操作人员的2个客户端版本，即用于数据录入、统计、分析使用的管理人员客户端和只能接受数据展现的现场操作人员客户端。根据各个岗位用户的实际使用需求，在管理系统中定制各种常用的分析统计功能，最大限度地为各级管理层提供强大的数据支撑。

2.3 生产过程视频化

为了更加准确地掌握生产过程的实际情况，在实现生产过程数字化的基础上，还在各大机(卸船机、斗轮机、装船机)的司机室、船舱、料堆上方、料斗部位、皮带机清扫器等部位加装高清摄像头，利用原有的视频网络和设备控制网络组建新的生产监控系统，将整个生产过程、生产设备及主要操作者的操作过程实时展示在管理者面前，让管理人员既有精确的数据又有实时的视频图像；既可以进行实时动态管理，规范操作者的生产作业过程，及时调整生产作业方案，提高作业效率，又能进行事后跟踪追查，降低设备故障率。

3 管理系统的研发及关键技术环节

为了保证管理系统的稳定和易扩展，设计管理系统时采用了SOA架构风格的3层技术架构，充分利用微软WCF的技术特性，以Visual Studio 2013作为开发平台，SQLServer2008作为后台数据库。

3.1 管理系统总体架构

管理系统采取WCF数据访问层、业务逻辑层、用户界面层等3层架构进行开发。为了提高卸船机系统和中央控制系统数据保存的稳定性和完整性，减少故障节点，同时隔离工控网和信息网，提高工控系统的安全性，就近在变电所设立中间缓存服务器，用于存储卸船机系统和中央控制系统的数据，再由ETL(Extract-Transform-Load，数据抽取、转换、加载的过程)工具进行实时抽取[1]。

3.2 中心数据库的建立

根据前期的调研，管理系统功能的实现需要采集的业务数据有：船舶靠离泊和配载数据，如停靠泊位、船名、计划接卸量、矿种、配载、舱型、靠离泊时间、接卸起止时间等；卸船机的作业运行数据，如司机工号、 作业舱位、每抓斗重量、抓取时间、卸船机翻板位置和震动给料运行信号、卸船机机器运行状态信息等；辅助机械数据，如挖机吊入吊出船舱时间、单斗机吊入吊出船舱时间、油耗量等；装船机和斗轮机的作业运行数据，如产量、皮带运行时间、负荷时间等；中央控制系统的故障数据、流程运行数据，如流程号、流程瞬时流量、累计流量、流程运行时间、负荷时间、流程产量等。这些数据分布在各个管理控制系统中,包括中央控制系统(集成了斗轮机系统和装船机系统的数据)、卸船机控制系统及生产营运系统。针对各个控制系统，首先通过PLC编程等方式将数据保存到缓存数据库中，再通过ETL工具整合生产营运系统的数据，实时地抽取到中心数据库中，应用数据库自动分析处理技术，加工成管理系统可以使用的数据形式。

3.3 提取卸船机单机产量数据

卸船机卸货时，安装于卸船机抓斗的重量传感器原来只记录抓斗每次抓取时最大瞬时量，并不关注抓斗的实际抓取量，其作用也仅限于监视抓斗抓取过程中是否过载，并不服务于监控卸船机单机产量和船舱作业进度。为了获取卸船机实际生产过程中的每抓斗的产量数据，采用“提取抓斗在匀速运行时的抓取重量”的方法来提取每抓斗的实际抓取量。抓斗每次抓取过程的匀速运行分“垂直提升”和“水平移动”2个过程，为了提高数据精度，分别提取了这2个过程的重量数据，再进行算术平均计算作为最终值。通过多次实际验证，在抓斗起升位置的最高点以下27 m位置并向上时截取的重量信号，以及在小车距离陆侧38 m位置并向陆侧行驶时截取的重量信号，能使误差控制在最小范围内。

3.4 高性能API方式访问卸船机PLC并深度开发CMS

通过PureBasic程序+ZAPI2接口调用的形式，实现了通过高级编程语言高效访问卸船机PLC的功能[2]。振华卸船机CMS系统虽然内置功能丰富，但用户如果需要读取IO设备数据另做它用，只能依靠编写VBA脚本来实现。为了保证实时高效的访问，本项目中使用了振华卸船机面向开发人员提供的“ZAPI2” API调用接口。该接口以C语言编写，能够直接访问IO设备。在使用该接口时，采用了PureBasic高级语言对ZAPI2接口进行封装，编译成高性能的NativeCode可执行文件，同样利用ZAPI2接口，以图形化的软件界面嵌入到CMS系统中，替代硬件按钮实现对卸船机的操控，从而节省了硬件费用及安装调试时间。

3.5 提取中央控制系统数据

公司的生产采用流程作业的方式，由Intouch中央控制系统统一操控，其流程运行数据、各个机种的运行数据等都保存在实时数据库中，不符合管理系统的使用需求。为解决该问题，采用共享数据库的方法，即控制系统将生产运行数据实时地插入到共享数据库中，然后再由ETL工具抽取到中心数据库供管理系统使用。抽取的数据包括各个流程的运行信息、负载信息、产量信息、设备故障信息、各机种的运行信息(包括卸船机、装船机、斗轮机和皮带机)等。该方法能在不影响控制系统使用功能的情况下，最大限度的使用控制系统的数据。

3.6 数据整合及监控界面设计

整个码头装卸作业过程中，需要实时监控各个泊位在作船舶的单舱作业进度，以及单斗机、挖机等清舱机械作业情况，避免重点舱的出现；需要实时监控多台卸船机的放料速率和流程作业过程中的整体流量，保障皮带流量的稳定，避免皮带跑偏撕裂等情况的发生；需要实时监控码头风速、各个工班产量数据和每小时的卸船产量数据，使调度指挥更加精准有效。为此，将皮带秤实时产量数据、卸船机放料数据、单舱作业监控等功能设计成如图1所示的总监控界面，并将卸船机放料监视和皮带秤流量监视设计为自定义图表，实现适时可视化管理。

图1 总监控画面

4 结语

历时2年开发的散货码头生产过程管理系统，通过对整个生产过程的数据进行采集分析和动态监控，实现了精准调度，同时也为设备和人员的精细化管理提供了依据。该管理系统应用后取得了显著效益：提高了调度精准性，实现生产过程精准化控制；通过数据挖掘和分析，实现了精准查找生产瓶颈；实现人事管理精准化；建立了新的管理模式，提高了管理水平；经济效益显著。

[1] 李春葆，李石君，李筱驰.数据仓库与数据挖掘实践[M].北京：电子工业出版社，2014：6.

[2] 张运刚，宋小春，郭武强.从入门到精通 西门子S7-300-400 PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社,2007:2.

单伟林： 315800,浙江省宁波市北仑区迎宾路8号宁波港北仑矿石分公司B楼406室

Development of Production Management System and its Application in Bulk Cargo Terminal

Feng Hualong Zhao Caijun Shan Weilin Wu Yuqi

Beilun Iron Ore Terminal Branch, Ningbo Port

In order to realize real-timely and dynamically monitor the entire production process and efficiently organize production, the bulk cargo wharf production management system is designed by analyzing the research objectives and corresponding key issues, and utilizing key techniques at important links. Through collecting, analyzing and dynamic monitoring the data of the entire production process, this management system can realize precise schedul and provide solid bases for the refinement management of equipment and personnel.

bulk cargo terminal; production process management; precise management

2016-08-06

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.06.011