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摘要：本文應(yīng)用PLC工業(yè)現(xiàn)場總線 技術(shù)、Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和密鑰安全通訊技術(shù)，通過賽遠自動化的工業(yè)遠程安全通訊模塊SY-RSCM將分布在全球各地的港機和港機設(shè)備制造商的技術(shù)總部，連接為統(tǒng)一的全球工業(yè)遠程保障中心網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了港機的設(shè)備全生命周期的管理，包括安裝、預(yù)警、調(diào)試、維護、升級全過程的精確控制、智能診斷、實時監(jiān)控和生產(chǎn)的高效管理。本文通過港機的行業(yè)狀況，港機遠程的需求分析，遠程系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計，介紹了賽遠的工業(yè)遠程通訊系統(tǒng)實現(xiàn)港機的遠程控制的整個過程。
關(guān)鍵詞：工業(yè)PLC遠程通訊 遠程診斷和維護 港機
Abstract：
This paper proposed the application of PLC industrial field bus technology, Internet technology and network communication and Encryption technology,Through Futurelooks 's industrial remote communication module SY-RSCM, Connected the around world port machinery and port machinery equipment manufacturer's technical headquarters to a unified global network of industrial remote support centers. Achieve the full life cycle management of port machinery equipment, including installation, warning, debug, maintainence, upgrade the whole process of precise control, intelligent diagnostics, real-time monitoring and production of efficient management. This paper analysis the branch information of port machinery, the machine remote requirements, the system design of remote system software and hardware, introduces Futurelooks 's industrial remote communications systems to achieve remote control of the machine process.
Keywords: Industrial PLC remote communication Remote diagnostics and maintenance Port machinery
1. 引言
過去五年，我國的港口集裝箱吞吐量年平均增長率為27.8%；沿海港口集裝箱泊位年平均增長率為18.7%；沿海港口的集裝箱泊位由2001年的86個提高到2006年的200個，增長了133%。尤其是2003-2004年我國的港口建設(shè)進入高峰期，沿海港口固定資產(chǎn)投資額增長率達到了85%和66%，國內(nèi)需求對振華港機岸橋銷量的貢獻率在2003年、2004年達到了67%和55%。按照規(guī)劃，“十一五”期間我國長江三角洲在建和新增的集裝箱泊位為75個，珠江三角洲為54個，渤海灣為64個，共計193個，年均新增泊位38個，數(shù)量仍超過十五期間，但是由于基數(shù)增大，增長率將放緩。因此，雖然未來三年，中國港口機械需求旺盛，但增長率將趨于平穩(wěn)，對振華港機總產(chǎn)量貢獻也將穩(wěn)定在40%左右，需求主要來自于中國港口建設(shè)需求、世界新興市場需求、成熟市場的新產(chǎn)品更新需求，因此預(yù)計未來三年公司的港口機械銷售規(guī)模仍有望保持在20-25億美元。
在1995至2005年間全球港口集裝箱吞吐量翻了三倍達到3.98億TEU，據(jù)產(chǎn)業(yè)研究機構(gòu)OneStone Consulting Group估計，2006—2010年間全球港口集裝箱吞吐量將保持每年平均9.4%的復(fù)合增長達到6.25億TEU。全球約90%的國際貿(mào)易涉及海上運輸，海運中的集裝箱化率已經(jīng)超過三分之二。世界經(jīng)濟的增長及國際貿(mào)易集裝箱化率的提高拉動了全球集裝箱專用碼頭建設(shè)，從來也拉動了世界港口機械需求強勁增長。根據(jù)世界研究機構(gòu)“OneStone Consulting Group”的估計，在2006-2010年期間，遍布全球85個國家的港口運營當(dāng)局將有超過260個項目將于港口投資建設(shè)，其中購置岸橋的支出更將達到92億美元，平均年需求在20億美元左右。
2. 港機設(shè)備的全生命周期的遠程需求
港機在過去十幾年，發(fā)展得最快的是中國的振華港機，振華港機是全世界集裝箱機械生產(chǎn)規(guī)模最大的企業(yè)，并被世界港口用戶視為最有實力、最有競爭力、交貨最準(zhǔn)時的集裝箱機械供應(yīng)商。根據(jù)英國權(quán)威雜志《World cargo news》的統(tǒng)計，自1998年起振華港機產(chǎn)品已連續(xù)8年占據(jù)全球集裝箱起重機訂單排名的第一位，2004年公司岸邊集裝箱起重機和龍門起重機的世界市場占有率分別為55%和50%；2005年國際市場份額分別為67%和50%；2006年國際市場份額分別為67%和50%。公司作為世界港口機械龍頭公司，引領(lǐng)著世界港口機械的發(fā)展潮流，全自動化、高效率和環(huán)保是未來世界港口建設(shè)及設(shè)備更新的趨勢，公司成功開
發(fā)40英尺集裝箱起重機、三40英尺集裝箱起重機、綠色場橋(RTG)并將GPS技術(shù)應(yīng)用在在RTG上。公司擁有20艘運輸港口機械產(chǎn)品的專用船舶——這是它獨特的競爭優(yōu)勢之所在。
對于港機需求的高速增長，各大控制系統(tǒng)公司紛紛提供相對應(yīng)的產(chǎn)品，并提供相對應(yīng)的港機系統(tǒng)解決方案，具有控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的產(chǎn)品的公司由于集成性高，獲得了港機設(shè)備制造商的青睞。隨著合作的不斷深入，產(chǎn)品供應(yīng)商也專門成立了對應(yīng)的團隊配合港機系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試和維護，如西門子、ABB、安川、艾默生等公司的港機整體解決方案團隊。
各大著名的國際控制系統(tǒng)廠家提供的產(chǎn)品和系統(tǒng)，由于制造和安裝、維護的過程中，調(diào)試周期較長，而且港機系統(tǒng)需要的是一個綜合性的電氣自控、傳動、IT軟件多行業(yè)的綜合體，需要一個團隊進行綜合調(diào)試和診斷，帶來了人力資源的大量缺乏的問題，而遠程診斷大部分存在傳統(tǒng)的撥號方式，速度慢或者信息不安全的問題，對于遠程實現(xiàn)上述的功能十分迫切。
2.1 初期遠程安裝的需求
初期，港機設(shè)備到現(xiàn)場安裝，設(shè)備的調(diào)試由于上位機、PLC、變頻器等的現(xiàn)場指導(dǎo)施工均需要對應(yīng)的專業(yè)的工程師，而且港機的系統(tǒng)較大，設(shè)備的整體安裝周期較長，導(dǎo)致調(diào)試的周期很長，將占用大量的工程師的非調(diào)試時間，直接影響系統(tǒng)提供商或者設(shè)備制造商的工程師的資源。
遠程系統(tǒng)的實現(xiàn)，將可以幫助前期的時候，委派團隊中的一個工程師負責(zé)現(xiàn)場，而其他工程師通過遠程進行初期的安裝指導(dǎo)和初步調(diào)試。
2.2 日常的遠程故障診斷和維護
控制系統(tǒng)包含了上位機、PLC、工程型變頻器，發(fā)生故障的時候，核心的不僅僅是中小型設(shè)備上的PLC，診斷需要綜合性的進行，包括上位機、PLC、工程型變頻器，而這些系統(tǒng)所采用的上位機工具軟件都是不同的，帶上工具到了現(xiàn)場，可以進行診斷，但發(fā)生故障時，如果要等遠方的維護工程師到現(xiàn)場，時間越久，將可能帶來物品安全和人身安全事故的可能性越大，所以進行遠程診斷和維護的需求性特別緊迫。而遠程診斷，一定要和到現(xiàn)場的工程師所能做的一樣，如深入到PLC程序在線，變頻器參數(shù)顯示和控制，上位機的實時組態(tài)和診斷。
2.3 系統(tǒng)預(yù)警需求
通過對控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時采集進行分析處理，判斷系統(tǒng)運行情況，記錄系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析判斷設(shè)備故障時，控制器自動運行保護程序，發(fā)出聲光報警信號并生成報表，并通過遠程安全通訊系統(tǒng)傳輸至遠方中控系統(tǒng)。當(dāng)技術(shù)人員排除現(xiàn)場設(shè)備故障后，控制器根據(jù)操作人員操作信號，自動恢復(fù)系統(tǒng)運行。目前先進的控制系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)故障級別和分類，將故障信息分類發(fā)送到各個部門。
預(yù)警的重大作用在于遠程中控這邊的不斷完善的智能分析系統(tǒng)，對現(xiàn)場的港機設(shè)備的重要參數(shù)進行采集之后，可以通過智能算法和經(jīng)驗進行分析，對系統(tǒng)的安全隱患等進行預(yù)警，及時修復(fù)，避免安全隱患成為嚴(yán)重的安全事故。
2.4 遠程升級的需求
設(shè)備的使用，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的變化，升級或者改變是必須的，因為設(shè)備投入動輒以千萬計算，所以設(shè)備的使用壽命和周期都是較長的，如果某些功能不能滿足要求了，將需要進行升級服務(wù)，硬件的升級需要到現(xiàn)場進行更換，隨著控制系統(tǒng)的智能化程度越來越高，軟件進行功能升級也已經(jīng)成為了一種常見的升級方式。
如何實現(xiàn)遠程的軟件升級，在運行保障中心即可實現(xiàn)遠程的連接，進行升級，節(jié)省大量的人力差旅成本，提出了遠程通訊的需求。
2.5 遠程診斷和維護，安全通訊的需求
實現(xiàn)遠程通訊，如果是非法訪問，也會帶來一些安全隱患，對于遠程通訊的需求，需要的是一個安全的通訊系統(tǒng)，遠程必然會經(jīng)過公共網(wǎng)絡(luò)，在公網(wǎng)上傳輸?shù)臅r候，如何確保工業(yè)數(shù)據(jù)的安全性、完整性、解析準(zhǔn)確性，是對于遠程系統(tǒng)的整體需求。
3. 遠程安全通訊系統(tǒng)硬件設(shè)計
遠程安全通訊系統(tǒng)，針對現(xiàn)場的設(shè)備，為了達到工程師在遠程運行保障中心即可實現(xiàn)到現(xiàn)場的程序?qū)崟r在線診斷、實時觀察現(xiàn)場動作的需求，系統(tǒng)拓撲圖如下：
現(xiàn)場的港機設(shè)備，可以通過有線或者碼頭的WIFI覆蓋系統(tǒng)上到internet公網(wǎng)，也可以是單獨上3G網(wǎng)絡(luò)，通過無線上網(wǎng)的方式，連接到運行保障中心。
中大型的運行保障中心的配置舉例如下：
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序號 |
內(nèi)容 |
型號 |
數(shù)量 |
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1 |
遠程安全通訊模塊 |
SY-RSCM500 |
1 |
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2 |
工業(yè)電腦 |
IPC |
10 |
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3 |
服務(wù)器-冗余 |
Server-R |
2 |
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4 |
投影儀、模擬顯示屏 |
Hitachi-HCP-2250X、SIMU |
2+2 |
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5 |
計算機房 |
200平米 |
1 |
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6 |
10M寬帶 |
電信光纖 |
1 |
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7 |
3G移動通訊設(shè)備 |
SY-3G |
2 |
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8 |
24小時值守工程師 |
Engineer |
10 |
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9 |
MES&ERP管理軟件 |
MES&ERP |
1 |
現(xiàn)場端如果是通過3G上網(wǎng)，連接的是具有Profinet的西門子的S7-400和Simotion的伺服，則需要配置如下：
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序號 |
內(nèi)容 |
型號 |
數(shù)量 |
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1 |
遠程安全通訊模塊 |
SY-RSCM300 |
1 |
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2 |
3G移動通訊設(shè)備 |
SY-3G |
1 |
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3 |
攝像頭 |
SY-CMR |
1 |
該配置，對于港機可以同時連接1000臺進行實時在線診斷、預(yù)警、維護、升級等工作，最大化的節(jié)省每一次故障或者調(diào)試需要團隊去現(xiàn)場的大量成本，實現(xiàn)當(dāng)下的信息化，真正實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲由遠端中央服務(wù)器執(zhí)行的云計算化，將傳統(tǒng)的工控和IT互聯(lián)網(wǎng)真正的工業(yè)化和信息化的融合。
4. 安全通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計
在該安全通訊系統(tǒng)中，SY-RSCM的軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)了工業(yè)協(xié)議進行解析、加密和路由、交換、防火墻等功能，通過公網(wǎng)傳輸?shù)臅r候，賽遠的專用S-Link協(xié)議，是專用于傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)的一個穩(wěn)定、安全的私鑰協(xié)議。在運行保障中心，通過SY-RSCM進行核對和驗證，再進行準(zhǔn)確的安全的解包，傳遞給目標(biāo)對象。
在運行保障中心，對于現(xiàn)場的設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制，數(shù)據(jù)歷史存儲，歷史曲線等常規(guī)的組態(tài)軟件功能之外，還應(yīng)該有一套制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，連接工業(yè)數(shù)據(jù)進行分析之后，要傳輸給制造商的企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP，進行數(shù)據(jù)對接，并未完成數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，如預(yù)警等功能。該MES軟件通常由制造商提出具體需求，再進行具體的分析，進行定制化的服務(wù)。
通過該系統(tǒng)，實現(xiàn)的是針對港機設(shè)備的全生命周期的遠程管理：安裝、預(yù)警、調(diào)試、故障診斷、升級。
5. 賽遠遠程安全通訊系統(tǒng)顯著特點
賽遠的工業(yè)遠程安全通訊，完全是自主創(chuàng)新的通訊系統(tǒng)，不同于市面上的MODEM撥號、GPRS等低速連接系統(tǒng)，不同于現(xiàn)場需要電腦進行遠程桌面的方式，不同于固定IP查找對方的方式，具有如下顯著的特點：
ü 工程師實時分鐘級的響應(yīng)，實時運行保障；
ü 全球internet覆蓋支持，支持ADSL，VDSL，3G等方式；
ü 支持各種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，如Profinet，Ethercat，Ethernet/IP，MODBUS TCP；
ü 現(xiàn)場視頻和工業(yè)數(shù)據(jù)一起傳輸；
ü PLC程序級控制，數(shù)據(jù)OPC采集；
ü 數(shù)據(jù)實時雙向傳輸；
ü 架設(shè)和配置簡單，高效；
ü 最新的賽遠專利安全通訊技術(shù)，數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定；
ü 兩端均不需要固定IP，數(shù)據(jù)直接點對點連接，無需經(jīng)過第三方服務(wù)器。
6. 結(jié)束語
基于PLC、上位機、變頻器等設(shè)備組成的港機控制和傳動工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，很好的滿足了港機的整體聯(lián)動和智能化的需求。通過賽遠的具有最新專利工業(yè)安全通訊技術(shù)的工業(yè)遠程系統(tǒng)，在國內(nèi)領(lǐng)先的港機制造商的港機設(shè)備里，實現(xiàn)了港機的遠程采集與集中監(jiān)控功能，大大降低了安裝、調(diào)試、維護、預(yù)警成本，并通過該系統(tǒng)建立了港機設(shè)備的全生命周期管理系統(tǒng)，在21世紀(jì)，從過去的制造產(chǎn)生利潤，轉(zhuǎn)型為設(shè)計和服務(wù)產(chǎn)生利潤，是一個信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、云計算化帶來的巨大轉(zhuǎn)變，目前該系統(tǒng)隨著港機的配套，在國內(nèi)外均運行效果良好。
參考文獻：
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