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摘要：本文應(yīng)用PLC工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 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(guò)賽遠(yuǎn)自動(dòng)化的工業(yè)遠(yuǎn)程安全通訊模塊SY-RSCM將分布在全球各地的港機(jī)和港機(jī)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(yuǎn)程保障中心網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了港機(jī)的設(shè)備全生命周期的管理，包括安裝、預(yù)警、調(diào)試、維護(hù)、升級(jí)全過(guò)程的精確控制、智能診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)控和生產(chǎn)的高效管理。本文通過(guò)港機(jī)的行業(yè)狀況，港機(jī)遠(yuǎn)程的需求分析，遠(yuǎn)程系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)，介紹了賽遠(yuǎn)的工業(yè)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)港機(jī)的遠(yuǎn)程控制的整個(gè)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：工業(yè)PLC遠(yuǎn)程通訊 遠(yuǎn)程診斷和維護(hù) 港機(jī)
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(guò)去五年，我國(guó)的港口集裝箱吞吐量年平均增長(zhǎng)率為27.8%；沿海港口集裝箱泊位年平均增長(zhǎng)率為18.7%；沿海港口的集裝箱泊位由2001年的86個(gè)提高到2006年的200個(gè)，增長(zhǎng)了133%。尤其是2003-2004年我國(guó)的港口建設(shè)進(jìn)入高峰期，沿海港口固定資產(chǎn)投資額增長(zhǎng)率達(dá)到了85%和66%，國(guó)內(nèi)需求對(duì)振華港機(jī)岸橋銷(xiāo)量的貢獻(xiàn)率在2003年、2004年達(dá)到了67%和55%。按照規(guī)劃，“十一五”期間我國(guó)長(zhǎng)江三角洲在建和新增的集裝箱泊位為75個(gè)，珠江三角洲為54個(gè)，渤海灣為64個(gè)，共計(jì)193個(gè)，年均新增泊位38個(gè)，數(shù)量仍超過(guò)十五期間，但是由于基數(shù)增大，增長(zhǎng)率將放緩。因此，雖然未來(lái)三年，中國(guó)港口機(jī)械需求旺盛，但增長(zhǎng)率將趨于平穩(wěn)，對(duì)振華港機(jī)總產(chǎn)量貢獻(xiàn)也將穩(wěn)定在40%左右，需求主要來(lái)自于中國(guó)港口建設(shè)需求、世界新興市場(chǎng)需求、成熟市場(chǎng)的新產(chǎn)品更新需求，因此預(yù)計(jì)未來(lái)三年公司的港口機(jī)械銷(xiāo)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(dá)到3.98億TEU，據(jù)產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)OneStone Consulting Group估計(jì)，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(zhǎng)達(dá)到6.25億TEU。全球約90%的國(guó)際貿(mào)易涉及海上運(yùn)輸，海運(yùn)中的集裝箱化率已經(jīng)超過(guò)三分之二。世界經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)及國(guó)際貿(mào)易集裝箱化率的提高拉動(dòng)了全球集裝箱專(zhuān)用碼頭建設(shè)，從來(lái)也拉動(dòng)了世界港口機(jī)械需求強(qiáng)勁增長(zhǎng)。根據(jù)世界研究機(jī)構(gòu)“OneStone Consulting Group”的估計(jì)，在2006-2010年期間，遍布全球85個(gè)國(guó)家的港口運(yùn)營(yíng)當(dāng)局將有超過(guò)260個(gè)項(xiàng)目將于港口投資建設(shè)，其中購(gòu)置岸橋的支出更將達(dá)到92億美元，平均年需求在20億美元左右。
2. 港機(jī)設(shè)備的全生命周期的遠(yuǎn)程需求
港機(jī)在過(guò)去十幾年，發(fā)展得最快的是中國(guó)的振華港機(jī)，振華港機(jī)是全世界集裝箱機(jī)械生產(chǎn)規(guī)模最大的企業(yè)，并被世界港口用戶(hù)視為最有實(shí)力、最有競(jìng)爭(zhēng)力、交貨最準(zhǔn)時(shí)的集裝箱機(jī)械供應(yīng)商。根據(jù)英國(guó)權(quán)威雜志《World cargo news》的統(tǒng)計(jì)，自1998年起振華港機(jī)產(chǎn)品已連續(xù)8年占據(jù)全球集裝箱起重機(jī)訂單排名的第一位，2004年公司岸邊集裝箱起重機(jī)和龍門(mén)起重機(jī)的世界市場(chǎng)占有率分別為55%和50%；2005年國(guó)際市場(chǎng)份額分別為67%和50%；2006年國(guó)際市場(chǎng)份額分別為67%和50%。公司作為世界港口機(jī)械龍頭公司，引領(lǐng)著世界港口機(jī)械的發(fā)展潮流，全自動(dòng)化、高效率和環(huán)保是未來(lái)世界港口建設(shè)及設(shè)備更新的趨勢(shì)，公司成功開(kāi)
發(fā)40英尺集裝箱起重機(jī)、三40英尺集裝箱起重機(jī)、綠色場(chǎng)橋(RTG)并將GPS技術(shù)應(yīng)用在在RTG上。公司擁有20艘運(yùn)輸港口機(jī)械產(chǎn)品的專(zhuān)用船舶——這是它獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)之所在。
對(duì)于港機(jī)需求的高速增長(zhǎng)，各大控制系統(tǒng)公司紛紛提供相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品，并提供相對(duì)應(yīng)的港機(jī)系統(tǒng)解決方案，具有控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)品的公司由于集成性高，獲得了港機(jī)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(zhuān)門(mén)成立了對(duì)應(yīng)的團(tuán)隊(duì)配合港機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、調(diào)試和維護(hù)，如西門(mén)子、ABB、安川、艾默生等公司的港機(jī)整體解決方案團(tuán)隊(duì)。
各大著名的國(guó)際控制系統(tǒng)廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品和系統(tǒng)，由于制造和安裝、維護(hù)的過(guò)程中，調(diào)試周期較長(zhǎng)，而且港機(jī)系統(tǒng)需要的是一個(gè)綜合性的電氣自控、傳動(dòng)、IT軟件多行業(yè)的綜合體，需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行綜合調(diào)試和診斷，帶來(lái)了人力資源的大量缺乏的問(wèn)題，而遠(yuǎn)程診斷大部分存在傳統(tǒng)的撥號(hào)方式，速度慢或者信息不安全的問(wèn)題，對(duì)于遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)上述的功能十分迫切。
2.1 初期遠(yuǎn)程安裝的需求
初期，港機(jī)設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)安裝，設(shè)備的調(diào)試由于上位機(jī)、PLC、變頻器等的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工均需要對(duì)應(yīng)的專(zhuān)業(yè)的工程師，而且港機(jī)的系統(tǒng)較大，設(shè)備的整體安裝周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致調(diào)試的周期很長(zhǎng)，將占用大量的工程師的非調(diào)試時(shí)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(yuǎn)程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，將可以幫助前期的時(shí)候，委派團(tuán)隊(duì)中的一個(gè)工程師負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)，而其他工程師通過(guò)遠(yuǎn)程進(jìn)行初期的安裝指導(dǎo)和初步調(diào)試。
2.2 日常的遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)
控制系統(tǒng)包含了上位機(jī)、PLC、工程型變頻器，發(fā)生故障的時(shí)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(jìn)行，包括上位機(jī)、PLC、工程型變頻器，而這些系統(tǒng)所采用的上位機(jī)工具軟件都是不同的，帶上工具到了現(xiàn)場(chǎng)，可以進(jìn)行診斷，但發(fā)生故障時(shí)，如果要等遠(yuǎn)方的維護(hù)工程師到現(xiàn)場(chǎng)，時(shí)間越久，將可能帶來(lái)物品安全和人身安全事故的可能性越大，所以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)的需求性特別緊迫。而遠(yuǎn)程診斷，一定要和到現(xiàn)場(chǎng)的工程師所能做的一樣，如深入到PLC程序在線(xiàn)，變頻器參數(shù)顯示和控制，上位機(jī)的實(shí)時(shí)組態(tài)和診斷。
2.3 系統(tǒng)預(yù)警需求
通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)運(yùn)行情況，記錄系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(shí)，控制器自動(dòng)運(yùn)行保護(hù)程序，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并生成報(bào)表，并通過(guò)遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)傳輸至遠(yuǎn)方中控系統(tǒng)。當(dāng)技術(shù)人員排除現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障后，控制器根據(jù)操作人員操作信號(hào)，自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。目前先進(jìn)的控制系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)故障級(jí)別和分類(lèi)，將故障信息分類(lèi)發(fā)送到各個(gè)部門(mén)。
預(yù)警的重大作用在于遠(yuǎn)程中控這邊的不斷完善的智能分析系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的港機(jī)設(shè)備的重要參數(shù)進(jìn)行采集之后，可以通過(guò)智能算法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)的安全隱患等進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)修復(fù)，避免安全隱患成為嚴(yán)重的安全事故。
2.4 遠(yuǎn)程升級(jí)的需求
設(shè)備的使用，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶(hù)需求的變化，升級(jí)或者改變是必須的，因?yàn)樵O(shè)備投入動(dòng)輒以千萬(wàn)計(jì)算，所以設(shè)備的使用壽命和周期都是較長(zhǎng)的，如果某些功能不能滿(mǎn)足要求了，將需要進(jìn)行升級(jí)服務(wù)，硬件的升級(jí)需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換，隨著控制系統(tǒng)的智能化程度越來(lái)越高，軟件進(jìn)行功能升級(jí)也已經(jīng)成為了一種常見(jiàn)的升級(jí)方式。
如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的軟件升級(jí)，在運(yùn)行保障中心即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的連接，進(jìn)行升級(jí)，節(jié)省大量的人力差旅成本，提出了遠(yuǎn)程通訊的需求。
2.5 遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)，安全通訊的需求
實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，如果是非法訪(fǎng)問(wèn)，也會(huì)帶來(lái)一些安全隱患，對(duì)于遠(yuǎn)程通訊的需求，需要的是一個(gè)安全的通訊系統(tǒng)，遠(yuǎn)程必然會(huì)經(jīng)過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)，在公網(wǎng)上傳輸?shù)臅r(shí)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(duì)于遠(yuǎn)程系統(tǒng)的整體需求。
3. 遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，為了達(dá)到工程師在遠(yuǎn)程運(yùn)行保障中心即可實(shí)現(xiàn)到現(xiàn)場(chǎng)的程序?qū)崟r(shí)在線(xiàn)診斷、實(shí)時(shí)觀(guān)察現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作的需求，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下：
現(xiàn)場(chǎng)的港機(jī)設(shè)備，可以通過(guò)有線(xiàn)或者碼頭的WIFI覆蓋系統(tǒng)上到internet公網(wǎng)，也可以是單獨(dú)上3G網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)的方式，連接到運(yùn)行保障中心。
中大型的運(yùn)行保障中心的配置舉例如下：
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序號(hào) |
內(nèi)容 |
型號(hào) |
數(shù)量 |
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1 |
遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)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(dòng)通訊設(shè)備 |
SY-3G |
2 |
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8 |
24小時(shí)值守工程師 |
Engineer |
10 |
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9 |
MES&ERP管理軟件 |
MES&ERP |
1 |
現(xiàn)場(chǎng)端如果是通過(guò)3G上網(wǎng)，連接的是具有Profinet的西門(mén)子的S7-400和Simotion的伺服，則需要配置如下：
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序號(hào) |
內(nèi)容 |
型號(hào) |
數(shù)量 |
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1 |
遠(yuǎn)程安全通訊模塊 |
SY-RSCM300 |
1 |
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2 |
3G移動(dòng)通訊設(shè)備 |
SY-3G |
1 |
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3 |
攝像頭 |
SY-CMR |
1 |
該配置，對(duì)于港機(jī)可以同時(shí)連接1000臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)診斷、預(yù)警、維護(hù)、升級(jí)等工作，最大化的節(jié)省每一次故障或者調(diào)試需要團(tuán)隊(duì)去現(xiàn)場(chǎng)的大量成本，實(shí)現(xiàn)當(dāng)下的信息化，真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由遠(yuǎn)端中央服務(wù)器執(zhí)行的云計(jì)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(jì)
在該安全通訊系統(tǒng)中，SY-RSCM的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)協(xié)議進(jìn)行解析、加密和路由、交換、防火墻等功能，通過(guò)公網(wǎng)傳輸?shù)臅r(shí)候，賽遠(yuǎn)的專(zhuān)用S-Link協(xié)議，是專(zhuān)用于傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)的一個(gè)穩(wěn)定、安全的私鑰協(xié)議。在運(yùn)行保障中心，通過(guò)SY-RSCM進(jìn)行核對(duì)和驗(yàn)證，再進(jìn)行準(zhǔn)確的安全的解包，傳遞給目標(biāo)對(duì)象。
在運(yùn)行保障中心，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制，數(shù)據(jù)歷史存儲(chǔ)，歷史曲線(xiàn)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)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(jìn)行具體的分析，進(jìn)行定制化的服務(wù)。
通過(guò)該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的是針對(duì)港機(jī)設(shè)備的全生命周期的遠(yuǎn)程管理：安裝、預(yù)警、調(diào)試、故障診斷、升級(jí)。
5. 賽遠(yuǎn)遠(yuǎn)程安全通訊系統(tǒng)顯著特點(diǎn)
賽遠(yuǎn)的工業(yè)遠(yuǎn)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(hào)、GPRS等低速連接系統(tǒng)，不同于現(xiàn)場(chǎng)需要電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程桌面的方式，不同于固定IP查找對(duì)方的方式，具有如下顯著的特點(diǎn)：
ü 工程師實(shí)時(shí)分鐘級(jí)的響應(yīng)，實(shí)時(shí)運(yùn)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(chǎng)視頻和工業(yè)數(shù)據(jù)一起傳輸；
ü PLC程序級(jí)控制，數(shù)據(jù)OPC采集；
ü 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)雙向傳輸；
ü 架設(shè)和配置簡(jiǎn)單，高效；
ü 最新的賽遠(yuǎn)專(zhuān)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，無(wú)需經(jīng)過(guò)第三方服務(wù)器。
6. 結(jié)束語(yǔ)
基于PLC、上位機(jī)、變頻器等設(shè)備組成的港機(jī)控制和傳動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，很好的滿(mǎn)足了港機(jī)的整體聯(lián)動(dòng)和智能化的需求。通過(guò)賽遠(yuǎn)的具有最新專(zhuān)利工業(yè)安全通訊技術(shù)的工業(yè)遠(yuǎn)程系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的港機(jī)制造商的港機(jī)設(shè)備里，實(shí)現(xiàn)了港機(jī)的遠(yuǎn)程采集與集中監(jiān)控功能，大大降低了安裝、調(diào)試、維護(hù)、預(yù)警成本，并通過(guò)該系統(tǒng)建立了港機(jī)設(shè)備的全生命周期管理系統(tǒng)，在21世紀(jì)，從過(guò)去的制造產(chǎn)生利潤(rùn)，轉(zhuǎn)型為設(shè)計(jì)和服務(wù)產(chǎn)生利潤(rùn)，是一個(gè)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、云計(jì)算化帶來(lái)的巨大轉(zhuǎn)變，目前該系統(tǒng)隨著港機(jī)的配套，在國(guó)內(nèi)外均運(yùn)行效果良好。
參考文獻(xiàn)：
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