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1、浙能嘉兴独山煤炭中转码头工程计算机管理和控制系统专 题 报 告浙江省交通规划设计研究院2010年11月目 录一、项目概况及设计过程1二、控制系统设计方案11 管控一体化系统设计原则22 管控一体化系统网络基本结构43 中央控制室54 管控一体化系统硬件设计215 管控一体化的控制系统软件276 管控一体化系统接口设计307 管控一体化系统功能338 信息管理功能399 输煤控制系统4510 装卸广播调度系统5711 工业电视监控系统60四、皮带电机控制方案比较601 变频驱动与直接驱动的技术优劣对比612 变频控制系统工程造价643 运用变频器相关问题的处理654 结论67浙能嘉兴独山煤炭中转
2、码头工程 计算机管理和控制系统专题报告浙能嘉兴独山煤炭中转码头工程计算机管理和控制系统专题报告一、项目概况及设计过程本项目位于嘉兴港独山港区，紧靠嘉兴电厂。本工程电源来源，按照城市电源供电设计，本工程用电负荷等级定为二级。要求嘉兴电网就近提供2路35KV电源至本港区，互为备用。为保证供电电网的安全性和可靠性，供电和控制系统设计必须考虑本港区用电设备对电网的影响,同时还应考虑生产过程的经济性和安全性。根据总平面布置、负荷性质和分布情况、用电容量、工程特点、系统规模和发展规划以及当地供电条件，本工程拟设35KV总降压变电站、1-4#四座分变电所、以及在若干生产生活辅助区分设箱式变电站等。1#分变电
3、所位于堆场西侧防风网边；2#分变电所位于堆场东侧防风网边；3#分变电所位于装船码头附近；4#分变电所位于位于卸船码头上。控制系统的各个分控制室，结合分变电所位置布置。整个控制系统，设一个中央控制室，位于中控楼顶楼，内设监视墙、操作台、计算机管理设备、控制设备、调度广播设备、电视监控设备等。1-4#分变电所内，各设PLC分控制室。二、控制系统设计方案该煤炭码头工程的自动控制和计算机管理系统，将采用管控一体化技术方案。管控一体化简单地说就是管理与控制一体化，具体讲是利用计算机技术、通信技术、数据库技术、测控技术、数字化视频监控技术等，把生产现场的各种数据、煤炭进出、车船进出和厂际间物料的计量和检验
4、数据、安全与生产的视频监控、重要设备的运行监控、生产管理信息、设备运行管理信息等自动采集，通过信息网络系统进行系统集成、技术融合，为企业在经营管理中各级职能部门自动提供最快速、最有效、最可靠、最全面的信息支持，达到生产过程中的实时信息流和企业经营的商务信息流的统一和优化的目标。1 管控一体化系统设计原则该码头工程管控一体化系统基于“分散控制、集中管理”的总体设计原则，结合现在管理和控制技术发展趋势，在控制系统、工业电视系统、广播调度系统、消防报警系统、网络系统等子系统的设计主要基于以下原则：1.1 标准化和适用性原则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
5、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
6、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
7、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
8、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、
9、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
10、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
11、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。
12、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
13、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)
14、 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
15、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
