指挥调度范文

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铁路是国民经济的大动脉。铁路运输工作的核心在于运输调度指挥，而运输调度指挥最重要的地点在路局调度所。路局调度所是路局运输指挥中枢，担负着组织日常运输生产和确保运输安全的重要任务。长期以来，调度指挥手段落后，方式简单，已经难以满足调度指挥工作的需要，制约了铁路运输的发展。

铁路运输调度指挥系统是一个完整的铁路运输解决方案，满足了铁路运输的各种需要。在以调度为中心的系统架构下，铁路运输调度指挥系统整合了机车车辆实时跟踪、微机联锁、机车信息台、车辆号识别、设备管理、仓储管理、大屏幕显示、平面调车、局域网、财务结算、计划统计等原来各自独立的系统，使其涵盖了铁路运输各个层面，能“完整”解决铁路运输各方面的问题，使运输效率最大化。

二、系统结构

铁路运输调度指挥系统是一个全方位的控制和管理的综合系统，既包括底层的控制系统，又包括上层的管理系统。系统由调度指挥信息系统、调度集中控制系统以及机车移动信息平台3个部分组成。

1. 调度指挥信息系统

铁路日常运输工作的关键是调度指挥，建立企业内铁路运输调度指挥系统，通过计算机联网，对在生产厂区内的所有铁路车辆（包括路局车辆、企业自备车辆、机车）的状态、位置以及车辆运载的货物进行管理，掌握运输动态，对分布在各条线路上的机车和货车进行实时追踪，由计算机网络向各级调度提供日常计划和指挥所需的各种资料，包括定时报告和实时查询，而且还可生成运输情况统计报告。通过计算机联网管理全厂货车，动态掌握全厂机车车辆的运行、装卸车状态等运输生产活动，为管理人员及主要职能部门提供管理与决策信息。

调度指挥信息系统是上层系统，所有的子系统通过这个系统实现有机的结合。它通过光纤网络组成核心的计算机网络，在中心机房设立中央服务器，在各级调度、货运人员以及相关管理部门的工作场所设立工作站，组成一个完整的信息网，通过各级操作人员的操作实现对铁路货物、机车、车辆等的实时跟踪和管理，同时自动生成各级查询和统计报表，为各级调度人员和运输部门的管理人员进行生产指挥提供实时准确的数据。它由货物车辆实时跟踪系统、生产作业管理系统、计划统计系统、综合信息查询系统、系统管理功能、财务网络结算系统、车号识别系统、全厂生产网络系统、智能化辅助决策系统等几个子系统组成。

2. 调度集中控制系统

调度集中控制系统在管控中心对全厂联锁设备进行集中控制，主要包括3个层次：操作层（一层），联锁层（二层），室外设备层（三层）。操作层在管控中心，包括联锁操作机、大屏幕、调监机、服务器等；联锁层是在各信号楼的微机联锁设备，包括联锁机、接口柜、电源屏、监测机等；室外设备只包括转辙机、信号机、轨道电路及电缆。

管控中心通过全厂网络系统与各信号楼的计算机交换数据。在管控中心与信号楼之间铺设光纤，组建一个光纤网络系统。位于管控中心的操作机发出操作信息，通过网络传给信号楼的联锁机，联锁机经联锁运算后输出信号给楼内接口柜，由接口柜驱动室外设备（包括近远程）动作。信号楼上传的数据与管控中心本身产生的数据均存放在管控中心的服务器中，供调监、管理机、远程诊断等系统共享。

调度集中控制系统由调度监督系统、大屏幕显示系统、全厂集中控制系统、车站微机联锁系统、车站微机监测系统和全厂控制双网络系统等几个子系统组成。

3. 机车移动信息平台

机车信息台借助全厂无线网络成为系统的移动终端。采用的亨钧机车移动通讯技术类似于电信的蜂窝通讯，采用多基站同频分时组网通讯方式。多基站可以有效地减少死角，提高通讯质量。每个基站的通讯距离可达10km，各基站的通讯范围是重叠的，因此1个或2个基站故障时，无线网络仍可正常工作，这种无线组网方式，在国际上也是先进的，而且造价较低。除了完成调度作业计划的无线传输之外，机车信息台还集成了平面无线调车和机车黑匣子功能。它采用全集成的一体化设计，挂壁式安装，节省了车内空间。

三、关键技术

铁路运输生产调度指挥系统是一个全方位的控制和管理的综合系统，为了实现系统的功能以及达到各项严格指标要求，采用了以下几种关键技术：服务器热备架构、冗余双环网、连锁机。

1. 服务器热备架构

考虑到系统的可靠性和数据安全性，服务器采用双机热备。两台服务器通过磁盘阵列，连接成为互为备份的双机系统，当主服务器停机后，备份服务器能继续工作，防止用户的工作被中断。磁盘柜磁盘具有热插拔功能，且可以灵活组成RAID模式，当一块硬盘损坏，数据可以恢复，保证数据不丢失。

服务器拥有双机容错系统解决方案，由于采用了双机容错的集群结构，系统具有极高的可靠性。两台服务器可以作为一个整体对网络提供服务，且相互间互为监控。集群具有一定的负载平衡功能，可将一个任务的多个进程分摊到两台服务上运行，提高系统的整体性能。当一台服务器发生故障时，其上所运行的进程及服务可以自动地由另一台服务器接管，保证网络用户的工作不受影响。同时，系统采用RAID技术对数据进行保护，可确保重要数据不因系统故障而造成损失。

2. 冗余双环网

一个全厂范围的控制系统必须要有一个稳定坚固的网络结构做支撑，因此网络选型关系到整个系统的安全可靠性。控制系统的安全级别高于管理系统，因此控制系统应搭建独立的全厂网络系统。本系统选用快速工业冗余环网。该网络广泛应用于全世界大中型企业的重要控制系统中，该网络组成了2个完全电气隔离的冗余环网，实现了交换机的冗余，即使一条光缆与一台交换机同时故障也不会影响系统的正常运行。由于本身已构成环形，为冗余形态，因此，双环网不铺设二条光缆线路，而是使用了二对芯线。系统中的所有计算机均安装了RSSNET双网并发通讯软件包，各个应用软件本身并不具备双网络通讯功能，它们先将数据交给RSSNET，由RSSNET在双网络上智能化调度数据，RSSNET可以做到一条网络故障时零切换时间。

结束语

对于铁路运输调度指挥系统，大致经历信息化、信息化主导的自动化和智能化3个阶段。信息化阶段的标志是调度指挥信息系统的建立。信息化主导的自动化阶段的标志是调车作业与行车作业的自动化。系统一旦实现了智能化将使调度指挥系统达到一个新的高度，运输生产效率显著提高，人员得到进一步解放，管理更为精细。本文的创新点在于运输生产调度指挥系统可以使企业实现便捷、及时、统一、低成本、高效率的铁路运输管理。问题的研究结果对基于铁路货物运输为主的生产制造企业有一定的实践意义。

参考文献

[1] 杨亚楠.网络安全与网络备份[J].太原城市职业技术学院学报，2007，72：160-161.

[2] 王保民，丁智斌，郑卫华.基于防火墙日志信息的入侵检测研究[J].邯郸学院学报，2005（3）：37-39.

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铁路运输调度担负着确保运输安全、组织客货运输、提高客货运输服务质量的重要责任，对完成铁路运输生产经营任务，提高铁路运输企业效益起着重要作用。在列车调度指挥工作中，必须坚持安全生产的原则，正确指挥列车运行，不能没有安全保障依据的命令和指示。当得到有关危及行车安全的信息时，要正确、及时、妥善处理，以保证列车运行安全。

一、列车调度指挥存在的问题及分析

（一）调度命令存在的问题

铁路行车调度命令，是列车调度员在行车指挥过程中针对有关问题向相关部门和人员的带有约束性的指令。该指令规定了行车作业方法和安全注意事项等。它是行车部门具体行车工作的根据，是列车调度员指挥行车工作和安全生产的必要手段，也是考察列车调度员组织指挥过程及工作质量的依据。

调度命令上存在的问题是调度安全生产的最大隐患，也是调度安全最需要强化的薄弱环节。日常工作中，简化作业现象较多，情况了解不清，命令不严肃认真，不严格遵守规章，内容不确切，违章发令、错发、漏发命令现象较为普遍。

1、调度命令不规范

行车调度命令的内容、、执行都是极其严肃的，要严格执行有关规章、制度和要求，内容上不得违章，中要确认准确无误，执行上令行禁止，严格落实。如果行车调度命令的不严肃、不规范，随意性大，极易造成漏发、错发或漏交、错交调度命令。因此，行车调度命令用语必须准确，格式和词语必须规范，便于不同受令者能明确命令内容并准确执行。

2、行车调度命令不到位

应发给司机、车长、车站值班员或相关单位及人员，但未在命令中注明或注明不全，造成调度命令的漏发、错发，成为事故发生的重要原因。

3、行车调度命令内容不准确

常见的问题有：未使用规范用语、违反一事一令的原则、下达的施工命令与具体施工登记的内容有出入，以及调度命令在实际作业中执行内容不明确等。

4、在执行调度命令中存在漏洞

行车调度命令在传达中复核不认真、执行调度命令不到位。如：使用电台向司机传达命令后司机未进行复诵等；车站值班员忘记向司机、运转车长、有关单位转交命令；站段乘务室忘记向司机、运转车长传达命令等。

（二）应急指挥存在的问题

行车指挥中，遇紧急情况，如果处理果断及时、方法得当，就会减小损失保证安全。反之则会扩大事件后果，发展成严重行车事故。应急指挥是调度安全的关键环节，提高列车调度员应急指挥能力对于保证行车安全有重要意义。

部分调度人员因长期从事调度工作，安全思想松懈，对安全信息不敏感，在工作中重效率、轻安全，没有正确处理好安全和效率的关系，对于现场反映的行车安全情况不能及时正确处理，扩大了事态的发展，造成更严重的后果。

1、应急处理能力不强

个别调度员业务基础不扎实，平时不注重业务学习，应急处理能力不强，遇到非正常情况不知道如何处理，不会正确指挥，造成事故并扩大事故后果，与调度安全有关的事故往往是列车事故，等级较高，影响较大，后果严重。

2、缺乏业务培训

调度所二线业务部门基础工作薄弱，不注重提高调度员应急处理能力，平时没有组织针对非正常情况下应急指挥的学习培训、业务指导、业务考核，影响调度指挥水平的整体提升。一些新职人员经验少，缺乏问题的预见性，处理突发事件手忙脚乱，力不从心。尤其遇到非正常情况下接发列车，施工期间的行车组织，业务水平低的人员往往表现出心理紧张，作业标准执行不到位，考虑问题不全面，联系不彻底，出现的漏洞多，安全隐患大。安全第一，预防为主，主动有效提高调度员应急指挥能力，是确保调度安全的有效途径。

3、业务水平跟不上科技发展

随着铁路科技水平的迅速提高，动车组、CTC等大量新技术新设备的应用，行车组织方法及规章也发生较大更新，有关行车凭证、调度命令随之发生变化，对列车调度员的业务水平要求更高，调度员只有熟悉新技术设备、掌握新的指挥组织方法，才能适应铁路快速发展、正确指挥列车运行保障安全。但是由于调度工作紧张繁忙，部分调度员平时不注重学习业务知识和规章，不善于发现问题、摸索规律、吸取经验教训，阻碍了业务水平及应急处理能力的提高。

4、调度基础工作薄弱，安全关键环节控制不力

行车台基础工作较为薄弱，对调度安全关键环节的处理缺乏帮助与把关，安全生产关键环节屡次发生问题，直接威胁着调度指挥安全。日常工作中，只有非正常情况的应急处理有值班主任帮台把关。其他关键环节：调度命令没有卡控措施；行车台进行施工组织、命令无人把关；超限运输的命令及运行组织无人把关。调度基础工作滑坡严重，安全生产的关键环节屡次发生问题，直接威胁着调度指挥安全。

二、确保调度安全的对策及建议

1、以行车台为核心，建立安全保障体系

以行车台为核心，加强对安全关键环节的控制，建立及完善安全自控、互控与他控体系。跨调度台的工作，相邻两调度台之间加强联系，互相检查监督，互相卡控，堵塞漏洞。计划员要对所管辖行车台的调度命令、阶段计划、行车组织、施工组织等关键作业环节进行卡控，按时上台巡视，及时发现情况解决问题，一旦行车台有错漏时，及时弥补防止。现场受令人员接收命令后，要检查确认，发现命令与实际情况不符时，立即报告调度员处理。

2、充实一线安全力量

加强班组安全力量，一线各班组应增设一名安全员（或由一位值班主任兼任），专职负责班组安全，协同有关计划员对行车台非正常情况应急处理、超限运输组织、调度命令等关键环节进行帮台把关。遇紧急情况，值班主任必须上台进行全程指导、盯控、协调，对调度命令和应急指挥进行把关，保证行车安全。

3、控制安全关键环节，规范调度命令

根据事故案例及经验教训，查找分析调度命令环节存在的问题，落实关键环节按卡控措施，对施工组织、接触网停送电、超限运输组织、动车组临时限速、汛期雨季限速慢行及封锁开通区间、故障及事故的应急处理等安全关键环节及调度命令进行卡控把关。

4、开展专题培训，提高应急处理能力

业务部门定期开展应急行车指挥专题培训，分析探讨事故案例，吸取经验教训，激发调度员学习讨论规章的积极性，组织应急指挥和事故救援模拟演练，提高行调的应急处理能力。针对信故、网故、断轨、红光带、机故救援、汛期限速慢行等情况，进一步细化非正常情况下行车安全组织方法，将非正常情况行车规章、卡控措施、处理方法汇编成册，发给行调，提高调度员应急处理能力。使调度员能对现场进行全时空全天候的三维管理，无论在什么时间、地点、方位，对现场的作业点都能实行有效的控制，消除事故隐患，防止事故发生。

5、采用先进的调度指挥管理系统

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关键词：

数据处理；视频监控；中央调度；IndustrialIT800xA

为了提高信息管理的科学化管理层次，建设一套功能强大、性价比高、可以覆盖全公司生产工艺范围的、统一的数据采集与过程监控系统平台。同时在此平台上，按照公司化整体产销系统的数据采集和数据处理匹配要求，满足产销系统的功能需求，提供必要的数据基础。信息软件平台的实现，可以对现场各类数据进行采集处理，提供数据支撑，通过直观的方式面向用户进行信息。同时利用视频通信技术，将网络数字工业电视监控系统运用于煤矿生产。多功能中央调度指挥系统设计是建立龙化信息平台，借助信息平成各类数据的记录和处理，并通过视频系统完成对现场的时时监控、指挥和调度，完成整个公司的运营和管理。项目采用IndustrialIT800xA信息管理系统，针对公司的生产现状，不但技术上保证可行，满足大量的业务需求，同时对公司环境变化适应性强，实现各子系统、子功能的有机结合，功能界面美观，操作便捷。具有在线的修改能力，提供远程可维护功能。在满足功能需求的前提下，保证本项目实施中采用的软件产品和技术都具有较高的稳定性，充分评估考虑中煤龙化的工业生产现状，确保在各类工业环境中或是突发意外下能够最小程度的受到干扰。

1系统方案设计

IndustrialIT800xA信息管理控制系统由数据通信系统，冗余连接和属器，工程师站和客户端组成。人机界面基于MicrosoftVisualBasic进行编辑，数据采集通信系统采用100M冗余工业以太网，多功能中央调度指挥项目采用的是冗余服务器/客户端结构，系统配置2台实时数据库连接服务器，2台属器，2台信息管理服务器，1台工程师站，3台客户端，并通过软件实现与工厂管理调度系统提供通信接口。

1.1实时数据库/连接服务器

项目配置2台冗余实时数据库连接服务器，负责整个系统的实时数据读取和传输以及历史数据的存储。实时数据库服务器通过工业以太网与控制器网络和服务器网络进行连接，通过OPCserver进行数据的读取和传输。同时，实时数据库服务器也可以通过安装CBM和VB具备操作站和工程师站的功能。

1.2属器

项目配置2台冗余属器，负责整个系统的运行，属性管理，以及授权管理。属器通过工业以太网和服务器网络进行连接，负责整个800xA系统的运行、同步、以及属性管理。同时，属器也可以通过安装CBM和VB具备操作站和工程师站的功能。

1.3信息管理服务器

项目配置2台冗余信息管理服务器，信息管理服务器用于采集各子系统的历史数据和归档，信息管理服务器采用Oracle10数据库，实现海量的数据存储。服务器的历史数据自动归档后自动刻录，可到其他系统上进行浏览。历史数据还可以通过WEB网页的方式进行，网络上的其他计算机可以通过网络浏览器进行浏览。信息管理系统提供各种报表模板，用户根据需要可以设计各种基于EXCEL的报表格式，可以自动生成各种报表，自动打印。

1.4工程师站设计

项目设计了工程师站1台，主要负责系统全局编程与调试，在不进行组态时可兼做操作员站使用。工程师站可以实现客户端组态一体化编程及调试，软件离线完成编程，进行在线参数的修改，并具有修改参数的自动备份功能；软件具有在线完成调试，单步进行运行、实时跟踪和调试仿真等功能。

1.5客户端设计

项目配置4台操作员站/客户端，每一个操作员站/客户端都是冗余数据网络上的一个节点。具有操作员站冗余功能，当任何一台设备出现问题时，可以在其它操作员站上实现功能，实现完全的共享。支持总貌、回路面板、控制组、操作记录列表等标准预定义显示，支持趋势组态，FTP协议数据远传功能等功能。

2视频监控系统

根据公司视频监视系统技术需求，总调度室需要显示化工公司及矿业公司的视频信号，由于距离相对较远，选择单模光纤进行传输，使整个系统的实施更好的融入整个调度中心指挥系统。根据需求为了在公司总调度室大屏监控室实现查看所有视频画面的需要，同时把重要的画面集成到信息管理平台中，需要把远端的视频监控信号通过网络传输过来。同时建立独立的视频通讯网络，把所有的视频画面能够传输到公司总部大屏监控室。

2.1设计思路

将各视频（子系统）集成到公司总调度，建成公司级的工业视频流媒体服务系统。公司总调度室及领导能浏览实时生产现场视频图像，中煤集团总调度室和领导能通过VPN通道或宽带专线浏览实时生产现场视频图像。本方案针对公司总调度室的实际情况和技术要求，本着“保证系统先进、实用、安全、可靠、经济、易扩展、易维护和高性价比”的原则进行设计，使系统达到同类系统的领先水平。根据公司的需求，设计视频监控系统。化工、矿业公司等生产部门的视频监控系统设计成硬盘录像存储备份与报警系统联动，达到同步管理监控与报警系统，并通过硬盘录像机控制、下载、回放的需要。在公司总调度室中心机房设置视频信号集中控制调理柜、网络交换机、流媒体服务器柜等。总调度室的任何一台计算机均可作为流媒体服务器的客户端在权限许可范围内自由浏览高清晰的视频画面。并将画面显示在一台或多台液晶显示器上，通过现有RGB接口或AV矩阵显示在调度室大屏上。完成公司采集的视频数据的存储、处理、转发、管理等功能。

2.2系统功能

（1）化工公司和矿业公司视频监控。把目前生产场所的所有视频信号接入视频监视平台。设备涉及硬盘录像机、视频分配器、交换机等；本方案对该矿视频集成目标是：①将现有视频信号集中到矿中心机房；②建立矿级流媒体服务系统，将该流媒体服务系统管理下的所有视频集成到公司视频系统中。（2）公司生产监控中心。龙化公司生产监控中心机房的主要设备是生产监控与调度信息集成服务器（具有流媒体管理功能）和交换机。公司生产监控中心及公司相关领导的任何一台计算机均可作为流媒体服务器的客户端在权限许可范围内自由浏览高清晰的视频画面。公司生产监控中心的客户端可将画面显示在一台或多台液晶显示器上，通过RGB矩阵显示在调度室大屏上。

3流媒体服务功能

流媒体服务完成视音频流的转发功能，在视频监控系统中，主要完成视频流数据的实时接收，暂时的存储，视频传输，并可实现视频流的畅通。

3.1系统软件平台功能

平台软件支持实时浏览视频、录像存储与回放、设备管理与监控、用户管理、视频管理与转发等。具有流媒体视频监视管理平台，可以提供视频集中监视管理功能，支持多画面监控、轮巡、分组监视等多种模式，支持多种画面分屏监视；设备管理模块能够对前端进行统一配置、管理；操作简单、易用；平台软件支持流畅清晰的画面显示，快速的存储读写，高效率的数据转发，支持多用户浏览统一视频；易集成：流媒体视频软件既可单独使用也可以与煤矿生产监控与调度信息集成系统集成为一个系统平台，从而形成功能齐全的煤矿生产监控与调度信息集成系统生产过程监控体系，同时，系统平台提供标准的相应的标准接口，供其它上层业务系统的资源调用和系统整合；扩展性：流媒体视频监视系统的软硬件部分均使用模块化结构，根据需要随时可增加视频监控点。系统的扩容简易、方便，只需相关软件授权，不影响现有系统架构。

3.2大屏幕显示系统

大屏幕显示系统具有信息和处理的灵活、直观、可扩充等优势，因此作为信息监控获得大型企业的认可和使用。本项目将公司的总调度室设计为大屏幕显示系统，系统由高质量的15台UD55A、多屏图像控制器及控制计算机等组成。系统完成视频信号的图形拼接，视频画面显示和任意切换。

4结束语

信息软件平台的实施，高效率、高质量完成现场大量生产过程数据的集中采集和定制化处理，为产销一体化、数据管理中心、ERP等系统实时提供数据资料，可以向各级用户进行灵活、直观、多样的信息和展示，使不同管理层的用户随时掌握现场各个关键生产节点的动态，并制定下一步的生产运行和管理方案，实现不同管理部门对生产现状的随时监控、决策，方便异地办公，实现更高效的管理，满足中煤龙化重细节，高水平，实时动态化的管理。

作者：张贺民 赵国军 单位：中煤黑龙江煤炭化工（集团）有限公司

参考文献：

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中图分类号:TP391文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)19-0063-05

1系统概述

1.1工程概况

秦皇岛港务局煤炭综合楼生产调度指挥控制中心指挥调度系统(以下简称系统)由数据采集子系统和HMI监控子系统组成,实现对下属各个分公司的生产设备、工艺流程、生产运行数据等信息的监视。系统主要由设于调度指挥中心区的监控工作站、中心PLC、中心交换机以及第二分公司(煤一期)、第六分公司(煤三期)、第七分公司(煤四期)、第九分公司(煤五期)、矿石分公司控制系统等组成。主要完成秦皇岛东港区各公司数据采集、流程画面及图形显示和图形拷贝等功能。

1.2各个分公司系统现有控制系统构成及问题分析

各个分公司均由HMI监控软件、PLC、交换机三大部分组成控制系统。

第二分公司采用Schneider Quantum系列PLC作为皮带机控制系统PLC,HMI画面采用iFix开发,PLC与HMI监控机之间采用Modbus TCP协议通讯;局域网网段:10.10.10.xxx。

第六分公司采用Siemens S7/400 系列PLC作为皮带机控制系统,HMI画面采用WINCC开发,PLC与HMI监控机之间采用Siemens S7 TCP协议通讯;局域网网段:无。

第七分公司采用Rockwell ControlLogix 系列PLC作为皮带机控制系统,HMI画面采用Intouch开发,PLC与HMI监控机之间采用Ethernet/IP 协议通讯;局域网网段:192.168.7.xxx。

第九分公司采用Rockwell ControlLogix 系列PLC作为皮带机控制系统,HMI画面采用RSview SE开发,PLC与HMI监控机之间采用Ethernet/IP 协议通讯;局域网网段:172.16.9.xxx。

矿石分公司采用Siemens S7/400 系列PLC作为皮带机控制系统,HMI画面采用iFix开发,PLC与HMI监控机之间采用Profibus 协议通讯。局域网网段:无。

本系统面临两大问题:各个分公司局域网不属于同一网段,或没有以太网结构;目前PLC生产厂商、HMI监控软件的生产厂商以及它们之间的以太网通讯协议不尽相同,因此无法直接通讯。

1.3解决方案

针对以上两个问题,本系统首先在第六分公司和矿石分公司的生产控制系统中分别增加一个以太网模块,从而使以太网通讯成为可能。通过三层交换技术实现数据链路的联通,同时,使用通讯协议网关实现不同以太网通讯协议之间的数据交换,并且通过VLAN技术和ACL技术进行数据管理。

下面详细介绍数据采集子系统和HMI监控子系统的实现。

2数据采集子系统

秦皇岛港务局煤炭综合楼生产调度指挥控制中心指挥调度系统的基础数据采集、整理和是由数据采集子系统完成的。这部分包含了核心交换机、协议转换网关、中心PLC等三个部分。三部分共同实现了对各个分公司生产设备的运行、停止、故障状态、大机的位置、单条工艺流程的状态以及皮带秤的实时流量、累计量等生产信息的数据采集和集中。系统的中心PLC通过协议转换网关与各个分公司的集中控制系统分别通讯,再向HMI监控子系统中的HMI服务器实时生成数据,HMI服务器再向各台HMI监控站数据,从而实现对每个分公司生产数据的实时监控。

2.1核心交换机

秦皇岛港务局生产调度指挥控制中心控制系统是通过Cisco3560三层交换机来实现数据交换和管理的。通过三层交换技术,实现了在不同网段下的数据交换,这样,就完成了数据链路的联通,实现了各个分公司生产和设备数据整合至统一的平台的目的。同时,通过访问控制列表(ACL)的有效控制,实现了在保证通讯的前提下,兼顾到各公司数据独立性和安全性。

2.1.1物理链路由于各个分公司地理位置距离较远,所以本系统使用单模光缆传输,实现远距离数据传输。

系统结构拓扑图如图1所示:

图1系统结构示意图

2.1.2三层数据交换及数据安全各个分公司的数据全部采用以太网方式接入煤炭综合楼生产调度指挥控制中心指挥调度系统,网络连接便利的同时也带来了安全的隐患。

网络中最大的隐患是各个分公司的控制系统处于物理路径互相连通的网络内。这种网络属于共享交换式局域网,很难保证网络的安全性,难以做到数据上的独立。同时当网内任何网络设备损坏后,有可能不停地向网内发送广播包,从而导致广播风暴影响到其他分公司网络正常运转。

为了实现数据链路的联通,同时消除以上安全隐患,核心交换机上使用了VLAN技术和ACL技术。

(1)VLAN的应用。本项目将各个分公司生产控制系统和煤炭综合楼生产调度指挥控制中心指挥调度系统都单独划分VLAN,从而保证了各个分公司的网络节点之间以及各个分公司与指挥调度系统之间的访问受控;同时,确保各个分公司的网络节点仅仅可以与指挥调度系统的中心PLC进行通讯。

表1VLAN划分及设置

设备 归属VLAN 可通讯VLAN 归属端口 备注

中心PLC VLAN11 全部 Fa0/1

协议转换网关 VLAN11 全部 Fa0/2

iFIX Server网卡1 VLAN11 无 Fa0/3

iFIX Server网卡2 VLAN12 无 Fa0/4

iFIX Client(6台) VLAN12 无 Fa0/5-Fa0/10

第2分公司 VLAN22 VLAN11 Fa0/11

第7分公司 VLAN27 VLAN11 Fa0/12

第9分公司 VLAN29 VLAN11 Fa0/13

第6分公司 VLAN26 VLAN11 Fa0/14

矿石分公司 VLAN28 VLAN11 Fa0/15

其他7台计算机 VLAN1 无 Fa0/16-Fa0/22

其他 VLAN1 无 Fa0/23 Fa0/24

VLAN端口网关ip

VLAN11:10.10.100.3 255.255.0.0

VLAN27:192.168.7.3 255.255.255.0

VLAN29:172.16.9.3 255.255.255.0

VLAN26:10.10.6.3 255.255.255.0

VLAN28:10.10.16.3 255.255.255.0

VLAN22:10.10.10.3 255.255.255.0

(2)访问控制列表(ACL)的应用。采用ACL方式对本项目将各个分公司生产控制系统和指挥调度系统的全部接入节点进行网络控制,确保只有授权的设备才能够在以太网上访问受控的网络资源。

建立访问控制列表后,可以限制指挥调度系统网络流量,提高网络性能,也保证了网络访问的安全。在核心交换机的接口上配置访问控制列表后,可以对入站接口、出站接口及通过核心交换机中继的数据包进行安全检测。

访问控制列表(ACL)配置(部分)

//拒绝2公司数据列表

Switch(config)#access-list 120 deny ip 10.10.10.0 0.0.0.255 any

Switch(config)#access-list 120 permit ip any any

//拒绝7公司数据列表

Switch(config)#access-list 170 deny ip 192.168.7.0 0.0.0.255 any

Switch(config)#access-list 170 permit ip any any

//拒绝9公司数据列表

Switch(config)#access-list 190 deny ip 172.16.9.0 0.0.0.255 any

Switch(config)#access-list 190 permit ip any any

//拒绝6公司数据列表

Switch(config)#access-list 160 deny ip 10.10.6.0 0.0.0.255 any

Switch(config)#access-list 160 permit ip any any

//拒绝矿石公司数据列表

Switch(config)#access-list 180 deny ip 10.10.16.0 0.0.0.255 any

Switch(config)#access-list 180 permit ip any any

//将列表应用在vlan26下的in方向上

Switch(config)#interface vlan 26

Switch(config-if)#ip access-group 120 in

Switch(config-if)#ip access-group 170 in

Switch(config-if)#ip access-group 190 in

Switch(config-if)#ip access-group 180 in

使用以上ACL,从而实现在VLAN26中拒绝相应VLAN的信息的功能。(其他分公司设置均以此为例,本文不再作详细说明)

2.1.3通讯数据流向每个分公司集中控制系统各自独立互不通讯,第二分公司(煤一期)、第六分公司(煤三期)、矿石分公司集中控制系统仅与协议转换网关通讯;第七、第九分公司集中控制系统和协议转换网关仅与中心PLC通讯;中心PLC仅与HMI监控子系统服务器通讯;HMI监控子系统服务器同时与中心PLC、HMI客户端、集团数据库服务器通讯(HMI监控子系统服务器与集团数据库服务器的通讯本文不作讨论)。通讯数据流向示意图如图2所示:

图2 数据流向示意图

2.2协议转换网关

2.2.1协议转换网关简介协议转换网关完成各分公司集中控制系统不同的通讯协议之间数据转换的功能。本项目协议转换网关选用Woodhead公司“Applicom”以太网通讯网关。

Woodhead公司“Applicom”以太网通讯网关可以实现不同以太网通讯协议的互相转换。它可以支持高达20种不同的以太网、Profibus、串口协议。可以同时支持10个工业以太网TCP/IP协议,实时数据交换总量合计(32Kbit+32 Kwords),足可以满足煤炭综合楼系统数据传输的需要。

2.2.2数据转换的实现第二分公司(煤一期)、第六分公司(煤三期)、矿石分公司集中控制系统中的数据首先传输至网关的数据缓冲区内,再由网关自动转换后传输至中心PLC的对应数据区中,从而完成了不同厂家、不同协议之间的数据通讯功能。中心PLC通讯示意图如图3所示。

图3PLC数据通讯示意图

2.3中心PLC

中心PLC选用Rockwell ControlLogix PLC系统(包含电源模块一个,CPU一个,以太网通讯模块一个),主要完成各分公司数据采集和整理的功能。

CPU处理器模块选型为1756-L63,采用的是Ethernet/IP以太网通讯协议。

第七、第九分公司的生产控制系统采用的也是Rockwell ControlLogix PLC系统,属于同一系列PLC产品,因此可以直接采集数据。

第二分公司(煤一期)、第六分公司(煤三期)、矿石分公司的数据将从协议转换网关采集,因此中心PLC只需要与协议转换网关通讯便可采集到其他三个分公司的生产数据。

中心PLC采集整理所有分公司生产数据之后,同样通过Ethernet/IP以太网通讯协议向HMI监控子系统服务器数据。通讯数据流如图2所示。

3HMI监控子系统

3.1iFIX监控系统简介

iFIX监控系统是分布式的SCADA软件。iFIX Server端集成了PLC数据、数据库数据(数据库部分本文不予讨论)、画面三大部分的信息,采用统一平台向客户端。它将设备层和监管层人机界面系统融合在了一起,它为用户提供了效率更高、功能更强、成本更低的解决方案。应用程序开发和培训时间大大缩短,从而降低了整体费用。

3.2HMI监控子系统结构

本系统采用iFIX作为HMI监控软件,系统模式为Client/Server结构。所有的数据首先从中心PLC集中到HMI监控主服务器上,画面和生产作业数据统一从该服务器向各个HMI客户端。

本系统采用分布式可扩展多服务器、多客户端结构,系统扩展时可直接增加客户端。

3.3HMI监控计算机的组成

HMI监控计算机包括三部分组件:iFIX Server(服务器),iFIX developer(开发环境)和 iFIX Client(客户端)。

3.3.1HMI服务器安装Windows Server 2003、iFIX Server。服务器使用双网卡,一块网卡用来与中心PLC通讯,采集现场设备运行状态;另一块网卡用来向HMI客户端数据。

3.3.2HMI客户端安装Windows XP Professional、iFIX Client。iFIX Client是HMI客户端软件,用于显示运行状况和历史数据,并为操作员提供操作界面。HMI客户端运行时与HMI服务器进行数据通信,实现对现场设备的实时监控。

HMI客户端的计算机具有可互为替代的属性。任何一台HMI客户端计算机都可以任意显示监控系统内的所有内容。

3.3.3工程师站安装Windows XP Professional、iFIX devloper以及AB PLC的编程软件。主要完成系统维护工作。

3.4HMI监控画面基本功能

HMI监控系统以中心PLC采集的基础数据为依据,显示各个分公司生产设备的实时状态和堆场使用情况等生产管理信息。

3.4.1实时动态显示内容(各公司工艺流程的作业情况)工艺系统全貌及流程显示;皮带机系统的运行状态和故障显示;各行走机械的行走位置;各单机的运行状态和故障显示;堆场的堆存状况显示;采制样系统运行和故障显示;装卸作业量显示;火灾自动检测装置报警及电源显示

3.4.2以动画方式动态显示内容工艺系统模拟画面;区域模拟画面(分为翻堆线、装车线、堆场和码头区域);流程模拟画面(每个流程1个画面)

3.4.3其他功能打印装船和卸车作业报告;打印堆场中文记录。

3.5监控画面设计思路

HMI系统的实时监控画面为二级可放大的显示画面。

3.5.1第一级画面主要显示工艺系统全貌以及各个设备的基本状态信息。

共分为第二分公司、第六分公司、第七分公司、第九分公司、矿石分公司等五个工艺流程画面。显示各个分公司总的系统画面和总的工艺流程,同时实时显示各分公司设备运行的总体状况。

3.5.2第二级画面分别显示所选流程、堆场区域和各子系统及相关操作区域的实时运行状况。

流程画面:可以分别显示单个流程的运行状态,并用红色、绿色及闪烁分别标注设备的故障、运行和使用状态。同时按照实际需要,文本和数字数据在流程画面上显示(包括皮带名称、皮带秤显示值等)。

堆场区域画面:可以显示场垛的品种、产地(含在品种中)、堆存量、货主、等级、进场时间等物流信息。用户可以直观的了解当前各个分公司的当前库存状况,以便做出合理快捷的生产调度和调配。

单机设备画面:可以显示除皮带机以外的各种大型机械设备的运行状态。包括堆料机、取料机、翻车机、装船机、卸船机等等。本画面包含了每台机械设备的所有重要生产、安全信息:手、自动开关状态显示;送料皮带运行状态和故障显示;机械结构及液压装置的运行和故障显示;大型机械行走位置、旋转位置和俯仰位置显示;洒水除尘及其他辅助设备的运行和故障显示

4结语

本控制系统是集计算机技术、控制技术、网络通信技术和图形显示技术于一体的系统。从系统结构、软件及主要技术环节的设计上,都是合理先进的。实现了生产数据的实时采集与管理,既实现了生产数据的集中管理又确保了各个分公司之间的数据安全,提高了管理效率;HMI监控系统基于Windows 系统开发,人机界面友好,操作简单。完全实现了不同通讯协议下的实时通讯,并且保证了数据的安全。整个系统总结特点如下:

(1)采用网络通信技术,它使得数据采集和管理具实时性。

(2)采用三层交换技术,实现了不同局域网的通讯;采用VLAN技术,配合ACL的管理,又将其有效地分割管理。它既实现了多网段通讯又保证了数据安全。这是系统的关键技术。

(3)采用woodhead通讯网关,实现了不同通讯协议下的实时通讯。它使得集团对下属生产企业实时生产状态的统一管理。

(4)先进、可靠的客户/服务器(CLIENT/SERVER)模式的应用使系统运转可靠、数据分布合理、操作速度快、人机界面友好、使用方便。

本文介绍的网络实现方法不仅适合本系统,也适于其它多网段、多协议的系统。既可以实现多种通讯协议下的数据采集与管理,又可以控制数据流向及保护数据安全,这样将使多个生产控制系统的统一管理更加方便有效。

参考文献