独山煤炭码头控制系统专题报告改计算机管理Word格式.docx

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码头管控一体化项目的集成、设计、制造、测试及采购均依据相关技术要求，采用适合于该项目的相应质量标准、技术标准、试验规范以及其他标准。

1.2系统可靠性原则

码头管控一体化系统无论在硬件配置还是软件选用上，将注重关键设备及网络模式的应用实绩和技术上的成熟性。

把系统运行可靠性放在优先考虑的地位。

控制系统满足各种通用故障标准，整个控制系统包括了可靠的自检装置，使内部故障在影响过程处理前及时检测出来，并发出警告。

1.3实时性原则

采用网络双工、端口优先级控制和组播，以及低迟延工业交换机，保证网络实时性；

采用客户/服务器模式来改进自动化软件系统的实时性；

采用专用历史站来优化控制系统的实时性。

1.4安全性原则

参考各种数据网络安全防护规定，结合工业网络和操作系统安全技术，来确保管控一体化系统的通信安全。

1.5可扩展性原则

在设计码头管控一体化系统时，可扩展性主要表现在以下几方面：

网络和数据库的工程设计具有高度灵活的扩展性，在满足当前系统的需要同时，数据容量能随时扩充，适用后期工程发展的需要。

管控系统应用软件采用通用化、标准化的统一软件平台，具有兼容性，即通过升级的方式，现今的（应用）软件可以运行在未来软件和硬件环境中。

1.6经济性原则

在考虑其最大的安全性及灵活性的前提下，充分考虑其经济性。

如：

考虑设备所在的地理位置，实现分散控制，降低网络的投资；

另外采用通用操作站，降低采购成本；

采用统一型号的网络设备，可减少备品备件的数量。

1.7易维护性原则

所有交换机模块可以带电插拔，本身可以通过IE浏览器进行监控每个端口。

1.8开发性原则

管控系统的设计充分考虑了与各种不同系统的接口（如采用标准的OPC、OLEDB接口技术），以便实现实时监控功能。

2管控一体化系统网络基本结构

码头管控一体化系统的主要功能：

一方面是监控功能：

在中控室实现对煤炭的装卸、堆取、输送等主要设备的操作控制，同时通过工业电视实现对整个堆场和码头的视频监控，以及和各种其它辅助系统的接口。

另一方面是管理功能：

可以使管理者不出办公室即可监视整个码头的运行情况、分析各种数据、统计各种报表、掌握调度计划、安排各项作业。

通过管控一体化系统可以大大提高工作效率、保证安全生产，实现优化调度。

系统主要由以下几部分组成：

码头及煤场PLC控制系统、煤场喷洒水系统、水喷雾系统、污水处理系统、工业电视监控系统、DLP大屏监视系统、广播调度系统、电力监控系统、消防报警系统、照明控制系统和计算机生产管理系统、信息管理系统等。

整个网络具有明显的层次结构，形成主干网和子网。

本网络同时考虑以后扩容的接口，由于本网络采用主干网和子网结构，其它系统可以通过光纤上联端口连接到主干网，而且预留以后发展、办公管理、人事管理等其它网络的光纤接口。

管控系统在功能上是一个整体，但在其网络结构上分为二部分，即控制网和管理系统网络（SIS网），两个网络之间通过工业防火墙隔离，实现互相通讯。

控制网主要完成数据采集、流程控制、数据传送、监视、操作、生产作业管理、报表输出、数据处理、信息查询以及图形拷贝等功能。

控制网包括：

中央控制系统PLC、煤场喷洒水PLC系统、卸船机PLC、装船机PLC、堆取料机PLC、含煤污水处理场PLC、堆场泵房PLC、电力监控PC和中央控制室的监控操作站及打印机等。

控制网通讯介质：

工业屏蔽网线、光缆、同轴电缆等。

管理系统网络采用以太网，主要用于生产管理系统的数据处理、存贮、信息查询以及报表的输出等工作。

管理网包括：

网络服务器、网络交换机（至少带有2个100M光接口与上级管理连接）、工作站、打印机等。

管理网通讯介质：

双绞线或光纤电缆（室外部分均采用光缆连接）。

各类管理PC完成船舶、堆场等基础数据的录入。

中控室的工作站能根据船和堆场及设备的有关数据和有关指令，产生作业计划。

中控室的管理PC能对PLC网络进行维护和管理。

3中央控制室

管控中央控制室是工程管控一体化系统数据交换的中心。

为实现相应功能，必须利用先进的计算机技术、自动控制技术、通信技术、多媒体技术，以及信息处理技术等，为用户提供高效、便捷、舒适、安全、经济的环境和管理条件的场所，提供便捷、先进的信息获取和处理系统，高效、优化的设备管理和资源配置。

管控中央控制室建设的指导思想和原则是：

适应当前业务需要，规模适当，逐步发展，保持先进。

建成一个具有一定规模容量，技术较先进、功能齐全、运行高效、使用方便、安全可靠、质量优良，适应全方位、多层次需求的管控中心。

设计简单、结构灵活、可塑性好，便于更新调整和扩展升级；

具有前瞻性。

管控中央控制室是管控一体化系统的中枢，它必须保证相关智能化设备能正常有效地工作。

为使智能化设备能正常运行以及工作人员能有一个良好的工作环境，具备一个相应的机房工程系统是必不可少的。

该系统包括空调、电力、UPS、照明、防静电、防雷击、室内装潢等方面的内容。

因此，机房设计应具有超前意识和较高的科技含量，能够满足今后几十年业务发展的需要。

机房设计原则为：

科学性和系统性；

设计标准性、适用性和先进性；

安全可靠性和扩展性；

舒适性和美观性等。

4管控一体化系统硬件设计

本节对管控系统的网络设备、服务器、监控站和工作站进行详细的描述。

4.1管控系统工业以太网

4.1.1工业控制网络技术概述

以太网有以下优点：

具有相当高的数据传输速率（目前已达到1000Mb/s），能提供足够的带宽；

由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界；

能在同一总线上运行不同传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；

在整个网络中，运用了交互式和开放的数据存取技术；

沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；

允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。

码头管控网络作为全码头的数据传输平台，对于整个网络的结构和网络设备的要求是非常高的，因此，网络系统必须选用实时、高可靠的工业以太网。

4.1.2工业以太网技术特点

以太网（Ethernet）作为目前在管理信息系统（MIS）中应用最为广泛的局域网技术，在工厂自动化和过程控制领域也得到了越来越多的应用。

工业以太网除了在协议标准上与民用以太网相同（都遵从IEEE802.3）之外，其他方面则有些差异。

由于是专为工业数据传输通讯而设计，所以工业以太网更像是现场总线，或者数据传输网。

表现在以下几个方面：

1）网络拓扑结构

民用以太网多采用星型，其目的是分层和集中，设备端口数量大。

工业以太网则采用总线或环形，其目的是分布式系统的互联，设备端口数量少。

总线或环形拓扑结构，具有网络可扩展性好、施工方便等优点：

2）环境耐受力

民用以太网多用于办公环境，设备所处环境良好，无需考虑环境耐受力。

工业以太网必须能适应在恶劣环境下不间断运行，且须通过严格的工业标准测试。

（包括：

湿热、腐蚀、盐雾、强电磁干扰）

3）可靠性

工业以太网设备必须能适应长时间不间断运行，为此产品是按照PLC/DCS等工业控制设备的标准进行设计的：

无散热风扇等机械转动部件；

并具备很宽的温度范围（通常是0-60℃）；

具有较高的平均无故障时间（MTBF值>

100000小时）

4）抗干扰能力

为了避免电源干扰，工业以太网设备采用DC24V外部直流电源双路冗余供电；

为了避免线路传输干扰，工业以太网使用光纤作为长距离传输介质，因此工业以太网设备须内置光纤介质接口，如：

多模光纤接口或单模光纤接口。

5）冗余特性

为了网络连接的可靠性，避免设备故障或检修时造成网络中断，工业以太网设计了多种冗余连接方式，如环形冗余（HIPER-RING）、主备冗余（Stand-by）、链接冗余（Link-Redundant）、冗余下连（Dual-Homing）等。

网络故障时的自愈时间为毫秒级。

6）实时性

为了保证工业数据传输的实时性，工业以太网使用低传输时延的交换设备，性能好的工业以太网设备，其传输时延是民用以太网设备的千分之几。

这一指标甚至高于SDH或ATM等传输网。

7）确定性

传统的共享式以太网使用集线器（HUB）作为网络连接设备,属于不确定性传输网络，不能满足实时数据的传输服务质量（QoS）要求。

工业以太网使用交换机（Switch），并具有端口优先级设置，因而能保证实时数据传输的确定性。

民用以太网当存在网络回路时，会产生“广播风暴”。

为了避免这一现象，须采用“生成树算法（SPT）”动态地重构网络，故障时的网络重构时间长（3-90秒），从而造成网络的不确定性。

而工业以太网的冗余机制有确定的逻辑断点，因而保证了网络结构的确定性。

8）可维护性

为了设备安装和拆卸的简便快速，工业以太网设备多为卡轨式安装，并使用直流24V电源供电，以保证检修安全。

9）成本考虑

与所有的工业设备投资一样，工业以太网考虑设备投资有效性（Cost-efficiency）,以保护用户的投资。

表现为设备一次性投资略高，使用成本、学习成本和维护成本低，备件供应期长（一般为10年以上），设备升级换代须保持兼容性，并使用模块化结构以降低备件置存成本。

总之，工业以太网采用牢靠的重负荷设计，其性能指标远远超过一般的民用网络产品，非常适合工业过程控制系统网络的技术要求。

4.1.3工业以太网交换机配置

工业以太网主干网络及与PLC通讯速率均为100M。

工业以太网完全符合802.3以太网标准，支持标准的光纤传输和TCP/IP协议，符合IEC61158标准通讯协议或其它同类标准通讯协议；

允许在同一个网络上实现对不同厂家的设备的实时数据采集；

网络产品除了满足工业现场的要求外还支持环网冗余，允许光纤出现一处断点，发生链路故障时网络自动在100ms之内切换到总线；

对于不具备以太网接口的工业设备可提供标准的RS232/RS485/RS422口，可采用以太网网桥实现RS232/RS485/RS422到TCP/IP的转换，从而使这些设备的以太网接入变得非常简单方便；

系统内每个远程站各配置一套工业以太网交换机、中控室配置两套工业以太网核心交换机。

4.2容错服务器

管控系统使用工业容错服务器作为网络服务器。

容错数据库服务器采用部件级冗余的工业标准容错服务器，服务器可靠性设计达到99.999%以上，电源、CPU、内存、I/O控制组件均采用冗余配置，集成GeminiAgent控制芯片，可实现冗余硬件的故障切换。

服务器完全采用硬件容错方式，CPU/MEM集成锁步（Lock-Step）技术，冗余部件在同一时钟周期做同样的指令，部件故障时不产生切换，动态数据得到保护。

当出现硬件故障时，服务器具备自动故障自我检测、故障隔离和恢复功能。

同时服务器可配置自动报警系统，当硬件出现故障时，能自动向管理人员甚至服务网络报警，并可进行远程维护和管理。

服务器硬盘，包括操作系统、应用软件和静态数据等均采用镜像（RAID1）方式保护；

同时服务器还具有内存动态数据的镜像保护，保证实时数据的安全性。

服务器硬件满足以下要求：

单路IntelXeon四核2.93GHz处理器（逻辑CPU），三级缓存为8MB；

QPI速率6.4GT/s；

内存为ECCDDR3-1066MHz,最少内存配置为2GB，最大至少可扩充到96GB或以上；

Windows2008简体中文企业版操作系统，并配置相应的服务器管理软件；

为了保证安全性和稳定性更高,采用工业标准热插拔SAS控制器硬盘,并作RAID1保护，系统及应用程序采用2*146GB10KrpmSAS硬盘；

数据存储采用2*500GB，7K2rpmSAS硬盘。

集成一对双口10/100/1000自适应RJ45以太网卡，四个网口可两两配对，互为冗余，每对网口可配置成同一IP地址，随时进行故障切换；

集成GeminiAgent控制芯片，可实现冗余硬件的故障切换；

容错服务器和普通PC服务器集群比较如下：

由于服务器采用部件级冗余容错技术，能够确保包括瞬时错误在内的任何故障都不会影响到系统运行,在任何CPU/内存单元，或IO单元发生错误的情况下不丢失动态数据或状态，也不需产生中断进行错误处理,充分满足作为服务器所需的高可靠性要求。

相应地，服务器只需要一套系统软件、应用软件即可。

与传统的双机热备冗余相较，在不增加系统成本的基础上，提高了系统的可靠性。

4.3监控操作站（CGP）

4.3.1CGP硬件配置

初步考虑，中控室共配置卸堆流程（两台）、取装流程（两台）、全港火灾报警、汽车直装煤调度、靠泊监测管理、电力监控（两台）、喷洒水、污水处理、辅助监控共十二套CGP，一对控制服务器及一台工程师站。

监控操作站均需采用纯工业型工控机。

4.3.2CGP软件配置

CGP采用的上位组态软件，考虑与PLC软件采用同一品牌，包括一套无限点开发版和九套无限点运行版。

CGP操作系统软件：

Windows2000简体中文专业版；

数据库管理软件：

Historian；

杀毒软件：

瑞星或江民/XP简体中文专业版；

4.4管理工作站（两台管理工作器、一台工程师站）

中控室共配置管理工作站3台。

采用纯工业型工控机。

选用标准不低于：

P4/3.0G/512M/250G；

21”液晶彩显（分辨率至少为1280x1024）；

WINDOWSSERVER2000和OFFICE2000/XP标准版系统软件；

机箱可提供附加驱动器和插卡空间及PCI/EISA和PCI扩展槽的空间。

管理工作站并具有多级安全管理功能，可任意定义一台为工程师站。

工程师站运行监视应具有液晶显示器画面显示、参数处理、越限报警、制表打印以及各系统PLC参数设置、设备监控、控制逻辑的修改、系统的调试等功能。

对控制系统的组态不能影响系统的正常运行。

5管控一体化的控制系统软件

5.1控制系统软件配置方案

除一次控制设备外，控制系统主要有三部分组成，即控制器（PLC）、网络和监控软件系统（包括计算机）。

除了一次控制设备外，控制系统的稳定性和可靠性，与监控软件的配置有很大的关系。

上位监控软件能与PLC编程软件统一变量标签库，变量标签修改同步更新。

组态软件具有良好的图形界面开发环境，友好的人机界面，完整的功能模块，对逻辑控制、顺序控制、连续控制等有良好的算法支持，软件系统应成熟、可靠、安全、采用模块化、可伸缩的分布式架构。

上位机监控软件能对实时数据库进行负荷均衡管理，可将不同的数据处理任务部署到不同的硬件PC上运行，但整个系统的数据库仍保持唯一。

在所有的操作和管理终端上，具有不同级别的操作授权机制，并具有操作登录功能；

可以对整个系统的冗余机制进行管理和配置。

冗余功能采用内嵌方式，无需外挂模块，能够完全做到实时数据服务器，趋势、报警、报表和文件等功能模块的冗余，实现1+N冗余，冗余数量没有限制，并且可以根据需要把任意计算机设置为实时数据服务器、趋势、报警、报表和文件服务器，这些功能模块可以由用户根据实际情况灵活迁移设置从而使SCADA系统服务器自动平衡负荷；

提供双网卡不同网段的冗余切换能力（无需借助第三方软件）；

趋势、报警、报表和文件功能都能各自实现冗余，并且能够在两台服务器之间自动补偿对方丢失的数据，即一台服务器故障一旦恢复后能够自动从另外一台服务器将丢失的数据补充完整；

支持I/O通讯冗余，在主通讯中断时自动切换到旁路；

具备工程在线修改的能力，当文件服务器工程发生更新时，保证客户机及时更新，并提供具体实现方式的描述（无需第三方软件）；

支持基于Web方式的过程图示，有成熟的软件组件和实际应用一体化组态数据库，确保系统组态的正确性和一致性；

开放的通信技术，支持API，ActiveX，DDE，OLE，OPC，ODBC等典型的WINDOWS数据交换技术；

提供数据库服务器和应用服务器连接的API，投标方必须对所提供的API作明确的说明，并提供相关API说明书或样本（手册）。

考虑到操作系统的可升级性，以及将来微软对其操作系统的支持，要求监控软件必须提供对WINDOWSVista操作系统的支持，以便将来顺利的实现的操作系统的升级；

提供免费的开发版软件，软件仅运行版本收费，利于开发和维护；

提供硬件控制器变量和上位软件变量导入导出方式；

软件体系应采用真正的客户/服务器（C/S）体系结构，可随意灵活、方便的扩展，并且在增加客户机时无须对服务器进行修改，客户机和服务器的数量没有限制。

软件具有良好的开放性，能够免费支持当前流行的大部分I/O设备，如PLC控制器、分析仪、RTU等。

通信驱动程序设计应采用动态链接库（DLL）技术，确保画面响应速度。

可以支持电力系统的IEC870-5-104以及DNP通信协议；

软件授权采用硬件授权的方式，避免因为系统的瘫痪或者重装而带来的不必要的麻烦；

对于常用的设备或控制窗口可提供面向对象的配置方式，可以做到一次组态，多次多工程的重复使用，提高对于同类型工程的开发效率；

可支持在线的多语言切换功能，支持Cluster（集群）管理功能，任何实时数据服务器的数据在经过授权的情况下可被任何计算机访问，报警、趋势、报表能集中或分散处理。

软件提供内嵌的基于Windows的TimeSyncService（时钟同步），可以确保整套SCADA系统时间的唯一性。

系统通过设置不同级别的用户操作权限而防止越权操作保护系统的安全；

系统可整合WINDOWS的安全机制；

软件应提供多重电子签名的功能；

应具备充足的可扩展性，以备将来系统扩容之用，软件点数的升级应保证原来监控软件的投资不被浪费。

应同时支持类C#和VB.net两种脚本语言，容易扩展功能以满足特定的系统需求。

5.2管控系统Historian实时数据库软件

软件必须能够采用开放的、标准的SQL语句对历史数据进行查询；

数据库应支持多种数据类型，数据库内记录应为可直接识别的“明码”数据；

数据库自带“逢变则记”的压缩机制，可根据需要设定存贮数据的死区及采样周期；

历史数据库能和SCADA软件通过API接口双向交换数据，而不需编程实现该功能，且支持冗余的IO实时服务器数据传输；

提供自带客户端进行数据分析和显示；

所有对数据项的存取应通过SQL命令或一个标准的程序实现。

6管控一体化系统接口设计

6.1接口技术概述

目前国内企业管控一体化项目中需要采集的设备种类繁多，由于计算机监控系统中的软硬件之间的通讯协议没有统一的标准，企业在系统联网中的数据共享存在很大的问题！

OPC作为过程自动化的一种通用软件标准已经为广大的软硬件厂商所认可,更多的软硬件厂商都要使自己的产品符合OPC规范，如果不符合OPC规范，会阻碍其进一步的发展和拓展应用市场。

OPC基本思路是：

将Microsoft的OLE/COM技术引入到过程控制领域，采用客户/服务器模型（Client-Server），指定一套标准的OLE/COM接口协议，使得硬件供应商无需改动应用程序的多种要求和涉及的不同的数据通信协议，而软件开发者也不必了解硬件设备的实质和操作过程，即硬件厂商为其设备开发一个通用的符合OPC规范的数据接口（即OPCServer），供其它系统读写信息，应用软件也通过OPC规范的接口来读写硬件设备的信息（作为OPCClient）。

通过OPCServer访问过程数据，可以克服异构网络结构和网络协议之间的差异。

用OPC技术可以实现全厂综合自动化，实现各种智能仪表、自动控制系统（DCS、PLC、FCS）的无障碍连接。

OPC的主要目的是灵活而有效地在应用程序和过程控制系统之间读写数据。

它的技术特点如下：

可即插即用，因而一个设备可很容易加入现有系统并立即投入使用。

采用OPC规范，可使过程控制系统的硬件、软件配置更加灵活，只要硬件制造商采用符合OPC规范的驱动程序（即OPCServer），就能为所有支持OPC标准的客户软件所用，使传统的复杂的配置变为简单。

6.2接口要求

针对码头管控系统的各子系统接口，如对装船机、堆取料机、取料机、皮带机起动和控制设备、除尘器、电子皮带秤、除铁器、物料储存仓、皮带机液压张紧装置、供电系统（中低压开关柜和配电箱等）、含煤污水处理场、各个泵房等由其它设备制造厂家配套提供的控制设备，控制系统有硬接线和数据通讯接口与这些控制设备进行连接。

CCR操作人员可在CGP上及时了解这些设备运行情况，并根据设备的需求可实现远程顺序启停控制或独立启停控制。

6.3有线数据通讯接口

装船机的接口

堆取料机的接口

卸船机的接口

电子皮带秤及链码的接口

含煤污水处理场的接口

泵房的接口

辅控系统的接口

全厂实时数据及管理应用系统（SIS）

预留扩展的通讯接口

集团、海事、边检等部门数据和图像接口

通过与上述设备的通讯连接，控制系统能对上述各系统各设备的启停、设备状态和工艺参数的监视、异常工况的报警、事故工况的连锁保护等功能实现监控。

6.4硬接线接口的设备

硬接线接口的设备有：

装船机、堆取料机、取料机、配煤系统、皮带机驱动系统及制动器、电动三通、除尘器、电子皮带秤、物料储存仓、皮带机液压张紧装置、皮带机重锤张紧装置、料流检测开关等。

上述系统由设备制造配套的控制系统，除自身已带有就地控制连锁、故障报警、事故检测、事故报警等功能外，还要求留有与中央控制系统的通讯接口，使之能及时采集到上述设备的运行信号和发出指令或提供联锁条件。

7管控一体化系统功能

7.1控制系统网络

控制系统网络能够长期连续运行。

控制系统网络具有网络在线编程和系统离线编程的功能。

在系统正常运行情况下，系统可在不断电的情况下替换某些部件。

控制系统网络自身由不同类型的设备和