集裝箱碼頭設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺建設(shè)

1、集裝箱碼頭設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺的構(gòu)建與應(yīng)用張乾能 （寧波港吉碼頭經(jīng)營有限公司，浙江 寧波 315813）摘要：利用信息融合技術(shù)和智能聯(lián)動控制技術(shù)，集成碼頭六大系統(tǒng)，構(gòu)建了一個集技術(shù)集成、流程聯(lián)動、業(yè)務(wù)協(xié)同為一體的設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺，解決了碼頭“信息孤島”問題，實現(xiàn)了多項綜合管控功能，為集裝箱碼頭信息化建設(shè)提供了一種新思路。關(guān)鍵詞：集裝箱碼頭；設(shè)備設(shè)施；智能聯(lián)動控制；GPS;GIS一、 集裝箱碼頭設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺構(gòu)建的實施背景1.1 信息化發(fā)展的需要當前，全球經(jīng)濟一體化發(fā)展迅速,各種區(qū)域資源在全球范圍內(nèi)的流動和共享隨之加快,集裝箱運輸在世界經(jīng)濟運行中的地位日益顯著,集裝箱碼頭已

2、逐步從單純的貨物集散中心轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代物流的核心平臺。集裝箱碼頭企業(yè)目前面臨全球宏觀經(jīng)濟增長不確定、營業(yè)成本高漲、操作用工緊張等多重壓力,轉(zhuǎn)型發(fā)展勢在必行。在推進集裝箱碼頭轉(zhuǎn)型發(fā)展的過程中,信息化建設(shè)在提高口岸服務(wù)能力、港口集疏運能力、客戶服務(wù)能力和企業(yè)管理能力等四大轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略任務(wù)中均發(fā)揮著舉足輕重的作用。國內(nèi)外集裝箱碼頭一致致力于提高效率,改善服務(wù)質(zhì)量,降低成本，而這一切都離不開信息技術(shù)的創(chuàng)新,計算機信息系統(tǒng)已經(jīng)成為集裝箱碼頭轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要管理載體和優(yōu)化工具。因此,各大集裝箱碼頭將發(fā)展信息技術(shù)視為重中之重。1.2 設(shè)備設(shè)施管理的需要隨著集裝箱碼頭的不斷發(fā)展，吞吐量節(jié)節(jié)上升，設(shè)備設(shè)施生產(chǎn)要素越來越多

3、，監(jiān)控管理技術(shù)的職能和重要性在不斷增加。傳統(tǒng)監(jiān)管手段和管理方式已逐漸發(fā)展為數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化管理模式，目前大型集裝箱碼頭設(shè)備、設(shè)施具有數(shù)量大、種類多、場地分布散、信息化管理技術(shù)滯后、控制實時性差、相關(guān)保護措施不足、管理分散等問題。如何加強港區(qū)安全管理，提高作業(yè)效率和設(shè)備保障率，促進節(jié)能降耗成為急需解決的問題和公司設(shè)備設(shè)施管理的重點。1.3 提升服務(wù)質(zhì)量的需要衛(wèi)星導航屬戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)，在國內(nèi)外集裝箱碼頭都得到過成功應(yīng)用，在集裝箱碼頭的信息化建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。為解決公司目前運營中存在的難題，按“信息資源規(guī)劃”、“統(tǒng)一基礎(chǔ)信息平臺建設(shè)”、“主業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成化開發(fā)”的路線，采用基于位置的物聯(lián)網(wǎng)

4、及相關(guān)技術(shù)手段，對信息資源的采集、傳輸、加工、共享進行全面的規(guī)劃整合，突出港口物流樞紐的數(shù)據(jù)交換和共享的特點，建設(shè)出一個統(tǒng)一全局管理碼頭設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺。平臺將從安全管理、設(shè)備保障、節(jié)能降耗等多方面助推港口的生產(chǎn)，提升集裝箱碼頭整體服務(wù)水平。二、集裝箱碼頭設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)集裝箱碼頭在第一輪信息化建設(shè)過程中誕生了許多應(yīng)用系統(tǒng)，這些應(yīng)用系統(tǒng)在碼頭發(fā)展過程中發(fā)揮了重要的作用，然而隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展、設(shè)備設(shè)施的增多、管理要求的提高，這些應(yīng)用系統(tǒng)逐漸顯現(xiàn)出先天的不足，各個系統(tǒng)都孤立的存在造成了“信息孤島”的現(xiàn)象，信息不能共享，數(shù)據(jù)交換困難，逐漸成為港口信息化建設(shè)中的主要瓶頸。本

5、平臺的建設(shè)初衷，是在集裝箱碼頭原有信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GPS+COMPASS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、無線傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，集成橋吊龍門吊RCMS系統(tǒng)、生產(chǎn)過程與可視化管理系統(tǒng)、碼頭生產(chǎn)操作系統(tǒng)、港區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、變電所監(jiān)控系統(tǒng)六大系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)，開發(fā)信息融合技術(shù)和自適應(yīng)智能聯(lián)動控制技術(shù)，構(gòu)建一個信息化、數(shù)字化、迅捷化的設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺。其關(guān)鍵技術(shù)如下：2.1 集生產(chǎn)、維修和管理為一體的信息融合技術(shù) 集生產(chǎn)、維修和管理為一體的信息融合技術(shù)是針對集裝箱碼頭的生產(chǎn)作業(yè)、維修和管理流程的特點，綜合應(yīng)用傳感技術(shù)、衛(wèi)星導航、無線通訊等技術(shù)整合各種流

6、程的信息流，實現(xiàn)碼頭的作業(yè)計劃、調(diào)度指令、作業(yè)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施運行狀態(tài)、視頻、電控參數(shù)、工作流數(shù)據(jù)等信息的共享、融合、分析和挖掘，從而為碼頭企業(yè)運營決策提供多角度、全方位的數(shù)據(jù)支撐的一項創(chuàng)新技術(shù)。主要有以下特點：（1）符合我國碼頭運營和管理的特點，與現(xiàn)有的碼頭工藝流程無縫結(jié)合，而且安全可靠，適用于我國各類集裝箱碼頭。（2）該技術(shù)先進新穎，兼顧信息預(yù)報的前瞻性和自動控制的實時性。（3）該技術(shù)融合的信息量大，種類多，更接近碼頭生產(chǎn)的實際情況，準確率高。（4）該技術(shù)自主創(chuàng)新， 優(yōu)化碼頭管理各向流程，提高港口設(shè)備設(shè)施的生產(chǎn)率。2.2 基于位置的自適應(yīng)智能聯(lián)動控制技術(shù)基于位置的自適應(yīng)智能

7、聯(lián)動控制技術(shù)是一項以設(shè)備設(shè)施的位置為基礎(chǔ)，綜合利用設(shè)備作業(yè)狀態(tài)、計劃指令、用油用電狀態(tài)等多種信息來控制箱變區(qū)配電、港區(qū)照明、作業(yè)機械的自動控制技術(shù)。該技術(shù)可實現(xiàn)無人化自動控制，并可根據(jù)各種參數(shù)實施自適應(yīng)調(diào)整。主要具有以下特點：（1）動態(tài)控制箱變區(qū)場橋油電使用以及對機械進行遠程控制，消除安全隱患。（2）基于位置信息，動態(tài)控制照明系統(tǒng)，節(jié)能降耗。（3）該項技術(shù)自主創(chuàng)新，先進新穎，可實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施的自適應(yīng)聯(lián)動控制，智能化程度高，保障安全，提高效率。三、集裝箱碼頭設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺建設(shè)的技術(shù)實現(xiàn)3.1 信息同步與數(shù)據(jù)共享針對各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的異構(gòu)、數(shù)據(jù)的異構(gòu)等問題，研究并提出了信息同步和數(shù)據(jù)共享機

8、制，并開發(fā)相關(guān)接口，實現(xiàn)各系統(tǒng)信息共享，解決“信息孤島”問題。公司的橋吊龍門吊RCMS系統(tǒng)、生產(chǎn)過程與可視化管理系統(tǒng)和碼頭生產(chǎn)操作系統(tǒng)均建有各自的后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在解決信息同步和數(shù)據(jù)共享方面，主要采用了事件觸發(fā)機制，同時輔以數(shù)據(jù)庫同步軟件(Oracle Golden Gate)的方式予以實現(xiàn)。在GPS收發(fā)終端方面，公司60臺龍門吊上配有定位精度為2cm的北斗DGPS終端、在20臺橋吊、16臺堆高機和148臺集卡上配有定位精度為45cm的北斗DGPS終端；在數(shù)據(jù)收發(fā)終端方面，除了20臺橋吊上裝有工控機外，其他作業(yè)設(shè)備上均裝有支持400M無線頻段或者2.4G無線頻段的工業(yè)用數(shù)據(jù)終端，通過遍布全

9、場的無線基站，可以實時收發(fā)作業(yè)指令、GPS位置信息和PLC指令。123.2 智能聯(lián)動控制技術(shù)基于GIS系統(tǒng)對設(shè)備的定位以及集控平臺信息，研制一套自適應(yīng)智能聯(lián)動控制程序，實現(xiàn)了作業(yè)過程優(yōu)化、遠程診斷修復(fù)、自動箱變控制、自動照明控制、等核心功能；既提高了設(shè)備運行及供電的穩(wěn)定性，又實現(xiàn)了節(jié)能作業(yè)。如圖1所示，為平臺智能聯(lián)動控制運行機制圖。碼頭生產(chǎn)操作系統(tǒng)生產(chǎn)過程與可視化管理系統(tǒng)照明控制系統(tǒng)變電所控制系統(tǒng)港區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)CMS系統(tǒng)設(shè)備作業(yè)指令、船舶信息，箱位信息等司機信息、船舶信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等設(shè)備位置信息等設(shè)備狀態(tài)信息等設(shè)備故障信息等設(shè)備位置、報警信號等設(shè)備位置、作業(yè)信息等設(shè)備位置、作業(yè)信息等圖1 智

10、能聯(lián)動控制運行機制圖通過各個系統(tǒng)協(xié)調(diào)運作使系統(tǒng)的集成實現(xiàn)了數(shù)據(jù)上的共享，便于統(tǒng)一分析處理，實現(xiàn)了多個系統(tǒng)之間的協(xié)同工作，使得各個子系統(tǒng)之間進行智能聯(lián)動，更大的發(fā)揮了單個子系統(tǒng)的作用，真正使多個子系統(tǒng)結(jié)合成一個有機整體，更大地發(fā)揮平臺的優(yōu)勢。3.2.1 作業(yè)過程優(yōu)化集裝箱碼頭裝卸作業(yè)效率在設(shè)備、人員技能穩(wěn)定的條件下，主要取決于生產(chǎn)過程的組織和生產(chǎn)過程的控制能力，而生產(chǎn)過程的控制能力取決于控制人員對生產(chǎn)過程的實時掌握程度。集裝箱碼頭作業(yè)過程可視化管理的最大優(yōu)勢就在于能夠幫助控制人員實時掌握生產(chǎn)過程中所有設(shè)備的全盤動態(tài)信息，進而動態(tài)調(diào)整作業(yè)設(shè)備配置、優(yōu)化調(diào)度方案，提高裝卸效率。通過作業(yè)設(shè)備GPS信息

11、的實時回傳(頻率為14赫茲)，結(jié)合港區(qū)GIS信息（包括箱區(qū)號、貝號、列號、層號），智能監(jiān)控平臺會及時根據(jù)事先設(shè)定的閥值分析各作業(yè)區(qū)域的繁忙程度并予以主動報警，方便控制中心作業(yè)人員及時調(diào)整局部作業(yè)區(qū)域的設(shè)備臺數(shù)。結(jié)合設(shè)備位置、PLC信息、作業(yè)指令、激活指令等信息，實現(xiàn)各類作業(yè)預(yù)警（外拖等待超時報警、作業(yè)擁堵報警、設(shè)備無指令超時、空閑超時、作業(yè)超時等預(yù)警），有效提高監(jiān)控的實時性和有效性。 3.2.2 遠程診斷修復(fù)碼頭設(shè)備遠程診斷修復(fù)主要是利用平臺CMS系統(tǒng)展開的聯(lián)動處理故障機制。當設(shè)備發(fā)生故障時，故障的發(fā)生首先被存貯在CMS PLC的寄存器中。同時CMS軟件會從CMS PLC中將當前發(fā)生的故障信息

12、下載到CMS計算機中的數(shù)據(jù)庫中，并顯示在CMS軟件的畫面中，如圖2所示。存貯的故障信息包括：故障編號、故障名稱、故障發(fā)生的時間、故障復(fù)位的時間、是否采集有故障跟蹤文件，CMS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖2 故障信息圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖在遠程診斷修復(fù)時，RCMS系統(tǒng)中的運行參數(shù)采集模塊會實時采集裝卸的各種參數(shù)，以便提取設(shè)備的狀態(tài)信息和故障信息，同時將參數(shù)信息送至本地CMS系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)將設(shè)備信息上傳至運維智能集控平臺，平臺啟動聯(lián)動機制，RCMS系統(tǒng)自動請求生產(chǎn)過程與可視化管理系統(tǒng)自動獲取設(shè)備位置信息，同時把發(fā)生故障設(shè)備號等信息發(fā)送至港區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)；同時，港區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備位置

13、信息結(jié)合發(fā)生故障設(shè)備號自動切換至設(shè)備所在區(qū)域，顯示在控制中心視頻設(shè)備上，并反饋至生產(chǎn)過程與可視化管理系統(tǒng)，自動記錄設(shè)備號、攝像頭號、故障發(fā)生時間。工程師、專家通過運維智能集控平臺進行遠程診斷決策并最終得到診斷方法和修復(fù)向?qū)В岣咴O(shè)備維修效率。3.2.3 箱變控制管理在箱變控制方面，通過GPS實時判斷某個箱變區(qū)域內(nèi)電場橋的數(shù)量；如某區(qū)域內(nèi)用電場橋數(shù)量達到預(yù)置值，則生產(chǎn)過程與可視化管理系統(tǒng)給出警示信號，提示調(diào)度該區(qū)域用電場橋數(shù)量達限，并能自動發(fā)出指令，RTG終端提供報警提示，司機接收指令后，按確認鍵，場橋控制中心PLC動作，自動將此場橋由用電模式切換到用油模式；RTG司機可以隨時查看“箱變區(qū)負載超

14、限報警”。同時，生產(chǎn)過程與可視化管理系統(tǒng)內(nèi)的消息分發(fā)模塊將警示信號發(fā)送至變電所控制系統(tǒng)的消息接收模塊，提醒變電所管理人員對相關(guān)設(shè)備進行關(guān)注。當場橋準備進入“滿負載箱變區(qū)”，需設(shè)置報警距離，建立報警區(qū)域（具體數(shù)值由碼頭工程部通過測算大車車速與PLC控制時延后提供）。當場橋進入報警區(qū)域，在場橋終端和調(diào)度終端同時顯示報警信息以作提示。當該箱變中某臺或幾臺用電作業(yè)的RTG轉(zhuǎn)場或退出用電作業(yè)后（即用電作業(yè)的RTG總數(shù)少于預(yù)置值時），則系統(tǒng)先自動發(fā)送信息提示還在該箱變中所有符合條件的限電RTG“當前箱變區(qū)可增加1臺RTG用電作業(yè),請聯(lián)系調(diào)度員”，調(diào)度員再下達指令安排某臺用電。3.2.4 照明控制管理基于R

15、TG位置信息，動態(tài)控制照明系統(tǒng)，達到節(jié)能降耗目的。集裝箱碼頭堆場為全天二十四小時作業(yè)場所，但由于其特有的作業(yè)場區(qū)和時間的不確定性，按照傳統(tǒng)的定時器開關(guān)燈方式通常會出現(xiàn)整個堆場徹夜燈光通明的情況，從而造成了電能的不必要浪費并且消耗了照明燈具的正常使用壽命?；谏鲜龅脑颍_發(fā)了堆場高桿燈照明智能控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置圖如圖4所示。該智能控制系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，解決了單純依靠現(xiàn)場配電箱內(nèi)定時器控制照明燈具開關(guān)的問題，實現(xiàn)了根據(jù)作業(yè)場區(qū)的實際情況對現(xiàn)場照明燈具進行遠程實時監(jiān)控的基本功能。在夜間作業(yè)時，該系統(tǒng)根據(jù)可視化系統(tǒng)定時發(fā)來的作業(yè)場橋位置信息統(tǒng)計每座燈塔照明區(qū)域內(nèi)的龍門吊作業(yè)情況，若該區(qū)域內(nèi)30分鐘

16、無龍門吊作業(yè)，則將該區(qū)域內(nèi)的區(qū)域燈具關(guān)，直至有龍門吊再次進入該區(qū)域時作業(yè)時，燈具開啟。在軟件開發(fā)方面，該系統(tǒng)具備了實時監(jiān)控、作業(yè)計劃制定、故障歷史查詢、作業(yè)歷史查詢等功能。圖4 照明控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置圖四、集裝箱碼頭設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺應(yīng)用的效益4.1 管理提升設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺可以全面掌握和監(jiān)控港區(qū)裝卸機械、流動機械、變電所、燈塔等生產(chǎn)要素運行情況，實現(xiàn)對其精確定位、動態(tài)跟蹤和過程控制等，提高了裝卸效率，降低了運營成本，有效地解決現(xiàn)有碼頭生產(chǎn)過程中由于設(shè)備不受控、生產(chǎn)要素實時信息滯后、生產(chǎn)過程中存在的某些安全隱患以及特殊天氣和光照不足及堆場標線不清對生產(chǎn)的影響等問題。平臺從安全管理、

17、設(shè)備保障、節(jié)能降耗等多角度助推公司的生產(chǎn)，提升公司整體服務(wù)水平，為公司更好地攬貨奠定基礎(chǔ)。管理效益主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）集生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、設(shè)施管理等多項管理功能于一體，提高綜合管理水平，提升公司品牌影響力；（2）港區(qū)生產(chǎn)要素實時定位、實時可控，提高生產(chǎn)安全性；（3）優(yōu)化設(shè)備維修保養(yǎng)計劃，及時預(yù)防和排除各類故障；（4）記錄生產(chǎn)全過程，用于事后分析和統(tǒng)計，改進生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)，提高碼頭作業(yè)效率，全面服務(wù)公司“1830”（“1”指一次故障，“8”指8分鐘內(nèi)修理人員到位，“30”指30分鐘內(nèi)修復(fù)故障，“0”指零返修）。經(jīng)過一年多的平臺試運行，公司設(shè)備設(shè)施效益有了很大的提升，設(shè)備指標進一步提高。

18、表1橋吊作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表中可以看出，2012年較2011年橋吊作業(yè)臺時和箱量提升同時，作業(yè)故障有了明顯下降趨勢，千標箱故障時間從0.25小時下降到0.18小時，設(shè)備總故障次數(shù)也下降了326次，而作業(yè)完好率和8分鐘到位率得到了明顯提升（1次故障8分鐘到位）；2013年第一季度顯示，設(shè)備重要指標總體得到了維持。從中可以看出，設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺對碼頭設(shè)備設(shè)施管理質(zhì)量提升的重要性。表1 橋吊作業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表4.2 經(jīng)濟效益設(shè)備設(shè)施安全性提高，實現(xiàn)機械防撞和防打保齡，為企業(yè)避免了由于安全事故帶來的經(jīng)濟損失；設(shè)備設(shè)施合理安排投入使用，船期影響明顯下降，減少了影響船期造成的直接經(jīng)濟損失。故障可遠程排除，減少了人工強度，維修車輛的出車次數(shù)降低20%；生產(chǎn)過程記錄，可調(diào)用任意時段設(shè)備設(shè)施情況，提高事故、故障等事件的處理效率；橋吊龍門吊司機操作可以時時反饋，通過大力推廣“竺士杰操作法”改善其操作習慣，從而提高生產(chǎn)效率，同時達到節(jié)能降耗的目的。改善港區(qū)照明，節(jié)能降耗。設(shè)備設(shè)施運維智能集控平臺在碼頭公司內(nèi)控管理方面發(fā)揮了重要作用，提高了辦公效率。設(shè)備設(shè)施成本