港機遠程診斷和預警系統

摘要：應用PLC工業現場總線 技術、Internet網絡傳輸技術和密鑰安全通訊技術，通過賽遠自動化的工業遠程安全通訊模塊SY-RSCM將分布在各地的港機和港機設備制造商的技術總部，連接為統一的工業遠程保障中心網絡，實現了港機的設備全生命周期的管理，包括安裝、預警、調試、維護、升級全過程的精確控制、智能診斷、實時監控和生產的高效管理。本文通過港機的行業狀況，港機遠程的需求分析，遠程系統的軟件和硬件設計，介紹了賽遠的工業遠程通訊系統實現港機的遠程控制的整個過程

關鍵詞：工業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年我國的港口建設進入高峰期，沿海港口固定資產投資額增長率達到了85%和66%，國內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，數量仍超過十五期間，但是由于基數增大，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，對振華港機總產量貢獻也將穩定在40%左右，需求主要來自于中國港口建設需求、世界新興市場需求、成熟市場的新產品更新需求，因此預計未來三年公司的港口機械銷售規模仍有望保持在20-25億美元。

在1995至2005年間港口集裝箱吞吐量翻了三倍達到3.98億TEU，據產業研究機構OneStone Consulting Group估計，2006—2010年間港口集裝箱吞吐量將保持每年平均9.4%的復合增長達到6.25億TEU。約90%的國際貿易涉及海上運輸，海運中的集裝箱化率已經超過三分之二。世界經濟的增長及國際貿易集裝箱化率的提高拉動了集裝箱專用碼頭建設，從來也拉動了世界港口機械需求強勁增長。根據世界研究機構“OneStone Consulting Group”的估計，在2006-2010年期間，遍布85個國家的港口運營當局將有超過260個項目將于港口投資建設，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. 港機設備的全生命周期的遠程需求

港機在過去十幾年，發展得的是中國的振華港機，振華港機是集裝箱機械生產大的企業，并被世界港口用戶視為實力、競爭力、交貨最準時的集裝箱機械供應商。根據英國雜志《World cargo news》的統計，自1998年起振華港機產品已連續8年占據集裝箱起重機訂單排名的，2004年公司岸邊集裝箱起重機和龍門起重機的世界*分別為55%和50%；2005年國際*分別為67%和50%；2006年國際*分別為67%和50%。公司作為世界港口機械龍頭公司，著世界港口機械的發展潮流，全自動化、高效率和環保是未來世界港口建設及設備更新的趨勢，公司成功開

發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技術應用在在RTG上。公司擁有20艘運輸港口機械產品的專用船舶——這是它*的競爭優勢之所在。

對于港機需求的高速增長，各大控制系統公司紛紛提供相對應的產品，并提供相對應的港機系統解決方案，具有控制系統和傳動系統的產品的公司由于集成性高，獲得了港機設備制造商的青睞。隨著合作的不斷深入，產品供應商也專門成立了對應的團隊配合港機系統的開發、調試和維護，如西門子、ABB、安川、艾默生等公司的港機整體解決方案團隊。

各大的國際控制系統廠家提供的產品和系統，由于制造和安裝、維護的過程中，調試周期較長，而且港機系統需要的是一個綜合性的電氣自控、傳動、IT軟件多行業的綜合體，需要一個團隊進行綜合調試和診斷，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的撥號方式，速度慢或者信息不安全的問題，對于遠程實現上述的功能十分迫切。

2.1 初期遠程安裝的需求

初期，港機設備到現場安裝，設備的調試由于上位機、PLC、變頻器等的現場指導施工均需要對應的專業的工程師，而且港機的系統較大，設備的整體安裝周期較長，導致調試的周期很長，將占用大量的工程師的非調試時間，直接影響系統提供商或者設備制造商的工程師的資源。

遠程系統的實現，將可以幫助前期的時候，委派團隊中的一個工程師負責現場，而其他工程師通過遠程進行初期的安裝指導和初步調試。

2.2 日常的遠程故障診斷和維護

控制系統包含了上位機、PLC、工程型變頻器，發生故障的時候，核心的不僅僅是中小型設備上的PLC，診斷需要綜合性的進行，包括上位機、PLC、工程型變頻器，而這些系統所采用的上位機工具軟件都是不同的，帶上工具到了現場，可以進行診斷，但發生故障時，如果要等遠方的維護工程師到現場，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，變頻器參數顯示和控制，上位機的實時組態和診斷。

2.3 系統預警需求

通過對控制系統數據實時采集進行分析處理，判斷系統運行情況，記錄系統實時數據。當系統根據采集數據分析判斷設備故障時，控制器自動運行保護程序，發出聲光報警信號并生成報表，并通過遠程安全通訊系統傳輸至遠方中控系統。當技術人員排除現場設備故障后，控制器根據操作人員操作信號，自動恢復系統運行。目前*的控制系統可以根據系統故障級別和分類，將故障信息分類發送到各個部門。

預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，對現場的港機設備的重要參數進行采集之后，可以通過智能算法和經驗進行分析，對系統的安全隱患等進行預警，及時修復，避免安全隱患成為嚴重的安全事故。

2.4 遠程升級的需求

設備的使用，隨著技術的不斷發展和用戶需求的變化，升級或者改變是必須的，因為設備投入動輒以千萬計算，所以設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，硬件的升級需要到現場進行更換，隨著控制系統的智能化程度越來越高，軟件進行功能升級也已經成為了一種常見的升級方式。

如何實現遠程的軟件升級，在運行保障中心即可實現遠程的連接，進行升級，節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，遠程必然會經過公共網絡，在公網上傳輸的時候，如何確保工業數據的安全性、完整性、解析準確性，是對于遠程系統的整體需求。

3. 遠程安全通訊系統硬件設計

遠程安全通訊系統，針對現場的設備，為了達到工程師在遠程運行保障中心即可實現到現場的程序實時在線診斷、實時觀察現場動作的需求。

現場的港機設備，可以通過有線或者碼頭的WIFI覆蓋系統上到internet公網，也可以是單獨上3G網絡，通過無線上網的方式，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：

現場端如果是通過3G上網，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：

該配置，對于港機可以同時連接1000臺進行實時在線診斷、預警、維護、升級等工作，的節省每一次故障或者調試需要團隊去現場的大量成本，實現當下的信息化，真正實現物聯網的智能化、網絡化，實現數據存儲由遠端服務器執行的云計算化，將傳統的工控和IT互聯網真正的工業化和信息化的融合。

4. 安全通訊系統軟件設計

在該安全通訊系統中，SY-RSCM的軟硬件設計，實現了工業協議進行解析、加密和路由、交換、防火墻等功能，通過公網傳輸的時候，賽遠的專用S-Link協議，是專用于傳輸工業數據的一個穩定、安全的私鑰協議。在運行保障中心，通過SY-RSCM進行核對和驗證，再進行準確的安全的解包，傳遞給目標對象。

在運行保障中心，對于現場的設備實現數據采集、控制，數據歷史存儲，歷史曲線等常規的組態軟件功能之外，還應該有一套制造執行系統MES，連接工業數據進行分析之后，要傳輸給制造商的企業資源管理系統ERP，進行數據對接，并未完成數據的系統分析，如預警等功能。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。

通過該系統，實現的是針對港機設備的全生命周期的遠程管理：安裝、預警、調試、故障診斷、升級。

5. 賽遠遠程安全通訊系統顯著特點

賽遠的工業遠程安全通訊，*是自主創新的通訊系統，不同于市面上的MODEM撥號、GPRS等低速連接系統，不同于現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，實時運行保障；

ü internet覆蓋支持，支持ADSL，VDSL，3G等方式；

ü 支持各種工業以太網協議，如Profinet，Ethercat，Ethernet/IP，MODBUS TCP；

ü 現場視頻和工業數據一起傳輸；

ü PLC程序級控制，數據OPC采集；

ü 數據實時雙向傳輸；

ü 架設和配置簡單，高效；

ü 的賽遠安全通訊技術，數據安全和穩定；

ü 兩端均不需要固定IP，數據直接點對點連接，無需經過第三方服務器。

6. 結束語

基于PLC、上位機、變頻器等設備組成的港機控制和傳動工業網絡系統，很好的滿足了港機的整體聯動和智能化的需求。通過賽遠的具有工業安全通訊技術的工業遠程系統，在國內的港機制造商的港機設備里，實現了港機的遠程采集與集中監控功能，大大降低了安裝、調試、維護、預警成本，并通過該系統建立了港機設備的全生命周期管理系統，在21世紀，從過去的制造產生利潤，轉型為設計和服務產生利潤，是一個信息化、智能化、網絡化、云計算化帶來的巨大轉變，目前該系統隨著港機的配套，在國內外均運行效果良好。

參考文獻：

[1] 孫柏林，自動化的趨勢技術，《自動化技術與應用》，2011.3

[2] *生, 基于3G的工業遠程監視系統，新疆電力技術, pp11, 1. 2010.

[3] 崔堅, Siemens Industrial Network Communications Guide (Ⅱ),中國機械出版社, PP87-90, 2005.6.

[4] Remote Security Communication Module SY--RSCM Manuals, pp14-16, 2010.3.

[5] SIMATIC PROFINET System Manual, Siemens AG, pp46-48, October 2006

[6] 喬曉琳, IPSEC的應用研究,計算機知識和技術,Vol 6, pp1072—1074,2010.2.