张有超张泰
1背景神华*骅港务公司*骅港煤炭港区是中国西煤东运第二条通道的出海口，年煤炭下水量达到1.73亿t，一跃成为我国最大的煤炭输出港口。近年来，随着港口规模的不断扩大和煤炭下水量的不断增加，神华*骅港务公司也在不断进行自动化、智能化研究和改造。年之前，神华*骅港务公司的每一台主要设备（翻车机、堆料机、取料机、装船机）都有自己的PLC控制系统、一台配有独立人机界面的计算机、操作台输入输出系统和报警服务器。除此之外，每个中央控制室PLC控制系统也有一个单独的人机界面和报警服务器。这样的系统构架缺乏宏观可视性，导致系统成本高、系统复杂不易扩展、维护成本高。年，神华*骅港务公司针对此问题，计划转换并整合所有单机独立的人机界面系统，形成一个基于集中分布式服务器的人机界面系统，建设港口人机界面集中控制系统，于年实现翻车机、堆料机、取料机人机界面集中控制。
2搭建虚拟服务器系统要实现人机界面集中控制，首先需要搭建一个集中分布式服务器，神华*骅港务公司选择了罗克韦尔公司的IDC（IndustrialDataCenter）系统。根据当前设备数量和未来发展需求，选择了四台CiscoUCSC服务器、两台Cisco交换机、两台EMCVnxe存储系统和零客户端ZeroClient作为硬件系统。在此硬件系统上，用VMWare公司的VMWarevSphere软件搭建出一个集中分布式虚拟服务器系统。在该虚拟服务器系统上用VMWarevSphere虚拟出70台虚拟机作为人机界面服务器，后期根据需要还可以扩展出更多虚拟机。在虚拟服务器系统上的70台虚拟机上安装WindowsServerR2系统，并在此系统上安装罗克韦尔公司的FactoryTalkViewServer与FactoryTalkViewClient软件，形成人机界面服务器。同时对所有设备的控制网络进行改造，使70台人机界面服务器上的FactoryTalkViewServer与FactoryTalkViewClient软件可以直接访问所有设备的PLC控制系统，实现对设备的控制。虚拟服务器系统搭建完成后，在集中控制室或全港任何地方，都可以利用零客户端ZeroClient连接虚拟服务器上的70台人机界面服务器。PCoIPManager软件是零客户端ZeroClient的管理软件，可以对零客户端ZeroClient进行分组管理，并按照分组对零客户端ZeroClient进行策略设置，实现自动登录、USB管理、显示器分布等管理，并提供零客户端ZeroClient监控平台，可以对各台零客户端ZeroClient的运行状态进行监控。
3人机界面的转换与集成公司此前独立的人机界面是用RSView32软件设计制作，为了实现集中控制，需要将RSView32软件环境下的画面、标签、报警信息等全部转换成符合FactoryTalkViewSE网络分布式软件环境的画面、标签、报警信息。根据罗克韦尔公司开发的转换工具和一些自主开发的工具可以完成这些转换。公司此前不同设备的人机界面由不同的技术人员开发完成，即使同一种设备的人机界面也各不相同，操作人员需要学习了解多种不同的人机界面，给集中统一控制带来了困扰。为此，在现有各种不同人机界面的基础上，根据各种不同的设备类型和特点，为每一种设备开发一套标准化人机界面，可以减少操作人员的学习成本，提高作业效率。
4建设视频监控系统此前，公司每台设备都有一个独立的操作室，操作员在操作室内通过操作台和人机界面操作设备，完成生产作业，操作员可以在现场看到设备的运转。为保证集中控制的安全，保证操作员在作业时保持对设备运转情况的直观了解，建设了一套全方位无死角的网络视频监控系统，在集中控制室每个设备的工位同时展示该设备的视频监控和人机界面，保证设备操作安全，同时，相关设备管理人员也可以在任何可以联网的地方查看视频监控系统，加强对设备状况的整体把控。
5集中控制系统的实现1）导航界面操作员进入人机界面集中控制系统后，首先出现的是导航界面。操作员需要在导航界面登录自己的账号才能进行操作。不同的操作员账号有不同的权限，操作不同的设备，操作员经过培训有资格操作其他设备时，可以为其账号增加权限。导航界面上根据不同区域（一期、二期、三期、四期工程）及设备类型显示所有设备列表，点击设备名称就可以进入相应设备的人机界面进行操作。因为同类型不同设备的人机界面是一个标准化人机界面，为防止操作员在需要对A设备操作时进入B设备界面，进入设备人机界面时需要输入该设备名称进行确认，比如在进入1号翻车机CD01的人机界面时，在弹出框输入CD01，才能进入，这样可以防止误操作。除了设备列表，导航界面还有用户名显示、日期时间显示、中英文切换、账号切换、报警显示与选择等功能。2）人机界面操作员进入设备的人机界面后，就可以对设备进行监控和操作。神华*骅港务公司标准化人机界面包括显示区域和操作区域，显示区域显示设备的位置、运行情况、设备各机构的状态、故障情况、附近其他设备的位置等信息，操作员结合视频监控系统，可以对设备当前的情况有一个直观的了解；操作区域显示对设备的操作按钮，操作员点击鼠标就可以对设备进行操作。3）报警信息系统集中控制系统实现后，同一个区域的设备共有一个报警信息系统，此报警信息系统有筛选功能，操作员可以选择显示单台设备的报警或者多台设备的报警信息，便于掌控全局。同时，此报警信息系统配备了语音报警，发生故障报警时，不仅可以用声音提醒操作员，还可以语音播报发生故障的设备名称，便于操作员及时联系相关人员处理故障。同时，报警信息系统还可以存储历史报警信息，便于操作人员和技术人员查询。4）远程急停系统急停是大型煤炭港口设备一个很重要的功能，此前在设备独立操作室操作时，急停按钮直接通过硬线连接，集中控制实现后，由于集中控制室离现场设备有几公里远，重新铺设硬线难度大，而且长距离电缆压降也大，技术人员创新性地在集中控制室安装急停回路，将急停回路电信号转换成光信号，通过集中控制室到变电所的光纤将光信号传输到变电所，在变电所再将光信号转换成电信号，通过控制电缆实现对设备的急停功能。5）历史数据库系统基于PI服务器的FactoryTalkHistorian历史数据库系统，可以实时记录每台设备PLC控制系统中每个标签的数值变化并存储，操作人员和技术人员可以根据这些历史数据分析设备的性能和状况，可以根据分析结果采取措施，提高生产效率。6）资产管理系统FactoryTalkAssetCenter资产管理软件可以实时记录保存现场设备PLC控制系统的变化，生成变动记录，如可以实时记录保存PLC程序的变动记录，详细记录某位用户在某个时间对PLC程序进行的改动，便于技术人员对整个集中控制系统的维护。7）集中控制系统的冗余冗余是系统发生故障时可以继续正常运行的能力。神华*骅港务公司的集中控制系统有四台CiscoUCSC服务器，70台虚拟的人机界面服务器随机分布在这四台服务器上，当其中一台服务器出现故障无法工作时，VMWarevSphere软件可以将其上面分布的人机界面服务器自动迁移到其他三台服务器上。人机界面服务器冗余由FactoryTalkViewServer软件实现，当一台服务器出现故障无法工作时，会自动切换到冗余服务器。此前各台设备操作室的独立的人机界面依然可以使用，也当做一个冗余，特殊情况下可以使用。
6集中控制系统的优势1）集中控制系统将此前分散在各台不同设备的独立的人机界面集成到集中控制室，将港口中央控制室、翻车机、堆料机、取料机等单机紧密地结合在一起，将整个生产流程整合到一起，各岗位之间交流更加容易，可以更加合理地安排作业流程，显著提升了工作效率。2）集中控制系统实现了企业的减员增效，以神华*骅港务公司一期工程为例，之前一期工程翻车机、堆料机、取料机共13台，加上中控，至少需要14名操作人员，集中控制系统实现后，一期工程集中控制室最多只需要8名操作人员。3）集中控制系统改善了操作员的工作环境，操作员不需到设备上进行操作，消除了操作员上下设备的安全隐患和职业病隐患，同时，同在集中控制室，不同设备操作人员可以互相学习，实现操作员的通岗培养，提升员工素质。4）集中控制系统的可维护性强，扩展便捷。可以利用VMWarevSphere软件在虚拟服务器上创建更多的人机界面服务器，也可以利用现有标准化人机界面快速为新设备制作人机界面。务器上的FactoryTalkViewServer与FactoryTalkViewClient软件可以直接访问所有设备的PLC控制系统，实现对设备的控制。虚拟服务器系统搭建完成后，在集中控制室或全港任何地方，都可以利用零客户端ZeroClient连接虚拟服务器上的70台人机界面服务器。PCoIPManager软件是零客户端ZeroClient的管理软件，可以对零客户端ZeroClient进行分组管理，并按照分组对零客户端ZeroClient进行策略设置，实现自动登录、USB管理、显示器分布等管理，并提供零客户端ZeroClient监控平台，可以对各台零客户端ZeroClient的运行状态进行监控。