黃驊港煤炭碼頭管控一體化問題研究

李偉博

摘 要：根據(jù)黃驊港一至四期煤炭碼頭的生產(chǎn)管理需求優(yōu)化現(xiàn)有的生產(chǎn)、財務、辦公和機電管理流程，提出管控一體化系統(tǒng)的解決方案。通過管控一體化系統(tǒng)建設來提高管理水平，改造并優(yōu)化相關系統(tǒng)，為建設可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化新型港口探索有效的方法。管控一體化系統(tǒng)正式運行3年多時間，實踐證明，管控一體化系統(tǒng)是國內(nèi)煤炭碼頭信息化建設一次有益的探索和嘗試，也是一個良好的示范和參考。

關鍵詞：管控一體化系統(tǒng)；港口信息化；自動控制；煤碼頭

中圖分類號：U693 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.061

1 研究意義

神華黃驊港自2001年底正式運營后，裝卸生產(chǎn)效率、全員勞動生產(chǎn)率、港機設備完好率始終保持國內(nèi)同行業(yè)領先水平，安全形勢始終處于良好狀態(tài)，吞吐量每年以千萬噸級跨越增長，呈現(xiàn)了強勁的競爭實力和發(fā)展勢頭。經(jīng)過15年的發(fā)展建設，吞吐量進一步增加，粗放式的管理模式已經(jīng)不能滿足公司的發(fā)展需要，而精細化管理是公司目前發(fā)展的內(nèi)在需求。以高精準的生產(chǎn)管控實現(xiàn)效率最大化，提高公司的自動化水平，為推動黃驊港實現(xiàn)智能化自動作業(yè)奠定了堅實的基礎。

2 黃驊港煤碼頭工藝流程特點

黃驊港一、二、四期煤碼頭均采用傳統(tǒng)的工藝布局模式，其卸車作業(yè)生產(chǎn)過程為：火車—翻車機—轉(zhuǎn)運皮帶—堆場；裝船作業(yè)生產(chǎn)過程為：堆場—取料機—轉(zhuǎn)運皮帶—裝船機—船舶；直接換裝作業(yè)生產(chǎn)過程為：火車—翻車機—轉(zhuǎn)運皮帶—裝船機—船舶。

煤三期采用了新型的筒倉工藝流程，煤三期裝卸工藝的特點是：①采用先進的裝卸工藝流程和筒倉封閉堆存，減少設備數(shù)量，縮短設備的維修、保養(yǎng)時間，以提高作業(yè)效率。②改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，建立“一中心兩單元”的生產(chǎn)操作模式。打破以往煤炭碼頭純粹以中控室為操控中心和露天堆存的傳統(tǒng)的工藝流程模式，采用兩級調(diào)度，繼續(xù)翻堆作業(yè)和裝船作業(yè)，換用筒倉堆存模式。加強中樞管理，保留中控調(diào)度，負責對當班計劃的分解、現(xiàn)場作業(yè)的統(tǒng)籌安排（包括實時監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)，協(xié)調(diào)維修、組織故障排查）和作業(yè)流程分派；流程指令操作層下放至翻控室操控人員和裝船機司機，由其負責具體流程皮帶的啟停、翻堆和裝船作業(yè)，減少生產(chǎn)指令反饋環(huán)節(jié)，縮短指令時間，優(yōu)化作業(yè)過程，提高作業(yè)效率。

整個港口的生產(chǎn)作業(yè)可以劃分為兩大單元：①外部信息，包括車船信息、銷售信息、煤種信息和自然氣象等；②內(nèi)部生產(chǎn)的組織和運行，包括計劃編排、煤車、船舶進出港、卸車作業(yè)和裝船作業(yè)、筒倉堆存與生產(chǎn)維修。所有這些項目的執(zhí)行都要經(jīng)過中控人員的操作。但是，黃驊港的生產(chǎn)實行的是兩級調(diào)度，中控人員既是生產(chǎn)的組織者，又是操作者，同時，他們肩負著三班計劃的分解工作。為了提高生產(chǎn)效率，減少指令回饋的次數(shù)，以便生產(chǎn)的順暢組織，在煤一期和煤二期的基礎上，對煤三期實行流程再造，通過管控系統(tǒng)建立“一中心兩單元”的生產(chǎn)操作模式?！耙恢行摹睘橹锌厥遥撠熡媱澐纸?、流程分派和直裝流程的組織；“兩個單元”分別是翻控室和裝船機，它們分別負責卸車作業(yè)和裝船作業(yè)的組織、實施。該模式的優(yōu)點是減少了計劃與執(zhí)行的溝通環(huán)節(jié)，實現(xiàn)緊湊的生產(chǎn)組織，減少了因為指令傳遞失誤造成船舶超載、機械損毀、人身損害等嚴重的安全和貨運質(zhì)量事故。

在實際工作過程中，該工藝的計劃流程如圖1所示。

3 黃驊港煤碼頭管控一體化系統(tǒng)總體方案

3.1 管控一體系統(tǒng)構建目標

管控一體化系統(tǒng)應建立在以管控中心為核心的生產(chǎn)實時調(diào)度控制體系、以優(yōu)質(zhì)服務為宗旨的客戶服務體系、企業(yè)資產(chǎn)、設備管理體系、科學統(tǒng)計分析為依據(jù)的經(jīng)營決策體系上，從而建立精準計劃制訂、作業(yè)指令分解、動態(tài)監(jiān)控布設、實時數(shù)據(jù)收集和分析、計劃優(yōu)化等閉環(huán)運行機制?；谧鳂I(yè)標準和工作規(guī)則，構建智能化管理模型，運用先進的現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)為自動作業(yè)提供保障。這樣做，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的工業(yè)控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的有機集成，實現(xiàn)管理、控制一體化，整個生產(chǎn)作業(yè)工序透明，最終實現(xiàn)管理指導生產(chǎn)，并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)反饋給管理系統(tǒng)。在獲取生產(chǎn)流程所需信息的基礎上，將分散的管理決策系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)等有機地集成起來，綜合運用信息技術、計算機技術、自動化技術、生產(chǎn)工藝技術和現(xiàn)代管理科學，從作業(yè)過程的全局出發(fā)，通過對裝卸作業(yè)過程中所需的各種信息的集成，集控制、監(jiān)測、管理、優(yōu)化、決策、調(diào)度、經(jīng)營于一體，形成一個能適應各種生產(chǎn)環(huán)境需求的高質(zhì)量、總體最優(yōu)、高效益、高柔性的現(xiàn)代化企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)。管控一體系統(tǒng)框架如圖2所示。

3.2 管控一體化系統(tǒng)功能模塊設計

管控一體化系統(tǒng)主要分為管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大模塊。管理系統(tǒng)主要包括負責裝卸生產(chǎn)作業(yè)計劃管理、調(diào)度管理、實績管理、貨場管理、設備管理、統(tǒng)計查詢、商務管理、其他功能管理等八大模塊。生產(chǎn)管理系統(tǒng)通過業(yè)務合同、生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)作業(yè)、生產(chǎn)監(jiān)控等環(huán)節(jié)，結合管控一體化平臺，實時傳遞生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，這是港口信息化的關鍵環(huán)節(jié)，同時，也可以利用管控平臺為控制系統(tǒng)提供關鍵信息，實現(xiàn)管理優(yōu)化生產(chǎn)，生產(chǎn)促進管理，提高黃驊港的生產(chǎn)業(yè)務水平。實績管理包括指令管理、流程管理、堆場動態(tài)管理、PLC自制指令管理、停機事件管理、中控崗位操作日志管理。數(shù)據(jù)采集與處理功能為通過網(wǎng)絡和I/O端采集了大量的現(xiàn)場信息，為流程自動控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)管理系統(tǒng)的運行提供了依據(jù)。

在工作過程中，控制系統(tǒng)主要用于接收管理系統(tǒng)流程任務，而工藝流程控制功能包括流程的選擇與接收、流程的自動啟停、流程故障處理、流程在線切換、流程互鎖、流量監(jiān)控和故障判斷等。

4 黃驊港務公司生產(chǎn)管控一體化實現(xiàn)構架

如圖3的管控系統(tǒng)構架所示，管控一體化需要的硬件有智能設備、通訊設備和計算機網(wǎng)絡群。智能設備是指應用于大機、堆場、皮帶、驅(qū)動設備、轉(zhuǎn)接機房等生產(chǎn)設備上的，用于數(shù)據(jù)實時動態(tài)采集和自動識別的設備；通訊設備是指把智能設備識別和采集的數(shù)據(jù)通過有線或無線的方式傳遞到計算機群的設備；計算機網(wǎng)絡群是指記錄、存儲、處理實時數(shù)據(jù)和識別數(shù)據(jù)，通過通訊設備實時對智能設備進行反饋，達到自動調(diào)控大機等設備作業(yè)的系統(tǒng)。在具體工作中，按照其功能，可以分為以下4個環(huán)節(jié)：①現(xiàn)場數(shù)據(jù)的自動化獲取，比如取料機的實時取料量，智能測溫設備提供的堆場各個垛位的實時溫度，各大機的準確位置等。②對于傳輸信道，要保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩?，使前方信息能夠迅速到達ERP平臺的各個終端，有權限的人員都能看到這些數(shù)據(jù)。③基于一個實時、動態(tài)的數(shù)據(jù)庫的記錄、存儲和分析。借助生產(chǎn)管控一體化這個計算機數(shù)據(jù)庫，既可以看到生產(chǎn)的實時數(shù)據(jù)，又可以通過分析存儲的歷史數(shù)據(jù)實時得到類似泊位利用率、裝船機利用效率和噸煤耗電量等統(tǒng)計指標。如果需要，可以采取曲線和圖表的形式實時自動顯示，它與股票交易界面一樣。④自動化調(diào)節(jié)控制和識別。比如，智能測溫電纜測到某個筒倉的溫度超標，計算機網(wǎng)絡就可以自動向筒倉降溫系統(tǒng)發(fā)出指令降溫。這類似于空調(diào)和電熱水器自動調(diào)溫。

4.1 生產(chǎn)業(yè)務系統(tǒng)

生產(chǎn)業(yè)務系統(tǒng)覆蓋商務、計劃、調(diào)度、作業(yè)、結算計費、實時處理等全過程。其關鍵是強調(diào)整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化，它需要收集生產(chǎn)過程中大量的實績數(shù)據(jù)，并對其作相應的處理。公司內(nèi)部人員和相關單位人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問本系統(tǒng)，實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的錄入和查詢。

4.2 生產(chǎn)控制系統(tǒng)

生產(chǎn)控制系統(tǒng)主要用于接受管理系統(tǒng)流程的任務，工藝流程控制功能包括流程的選擇與接收、流程的自動啟停、流程故障處理、流程在線切換、流程互鎖、流量監(jiān)控和故障判斷等。當設備發(fā)生故障時，預警提示功能會向系統(tǒng)提供報警信息。

5 煤碼頭管控一體化實現(xiàn)的主要管理模塊

5.1 計劃管理

5.1.1 查詢看板

任何崗位都可以根據(jù)需要和權限查詢?nèi)魏螘r間段的生產(chǎn)作業(yè)歷史數(shù)據(jù)和系統(tǒng)綜合加工、分析過的信息，能夠自動生成生產(chǎn)計劃，自動分配計劃到各生產(chǎn)部門。系統(tǒng)做到記錄留痕，并對計劃的變更做出包括變更人員、時間、原因等的記錄，以供查詢。

5.1.2 自動生成卸車計劃

管控系統(tǒng)根據(jù)集團產(chǎn)運銷協(xié)同系統(tǒng)提供的車次、煤種、貨票噸等進車信息，結合堆場堆存、筒倉信息、船舶信息、設備狀態(tài)自動生成卸車計劃，計劃員根據(jù)集疏港、堆存和港機設備維修情況、天氣、船舶需求等其他情況進行合理的調(diào)整，進一步優(yōu)化卸車計劃，

5.1.3 自動生成裝船計劃

管控系統(tǒng)根據(jù)集團產(chǎn)運銷協(xié)同系統(tǒng)提供的船名、貨主、煤炭指標要求、配煤比例、船舶流向等信息和船舶代理公司提供的船名、航次等信息，結合堆場、筒倉堆存信息、港機設備維修情況自動生成裝船計劃，計劃員根據(jù)集疏港、堆存及設備、天氣等其他情況進行調(diào)整，進一步優(yōu)化裝船計劃。

5.1.4 提供維修計劃管理

維修計劃分為港機計劃維修、突發(fā)性故障維修和不影響作業(yè)的日常穿插檢修、保養(yǎng)，以實現(xiàn)港機設備維修與裝卸生產(chǎn)作業(yè)間隙的有機結合。

5.1.5 計劃變更系統(tǒng)留痕功能

結合生產(chǎn)和設備的實際情況，計劃員或者當班值班主任可以變更計劃，系統(tǒng)留痕，記錄變更人員時間和原因，以供相關人員查詢。

5.1.6 自動分配計劃任務

這項內(nèi)容此處不再贅述。

5.1.7 計劃鎖定功能

待計劃生成后，要通過管理網(wǎng)傳遞至控制網(wǎng)，在控制網(wǎng)鎖定相關設備，為系統(tǒng)推薦流程做前期工作，并降低實際操作中人為因素犯錯的概率。

5.2 調(diào)度管理

結合GPS全球定位系統(tǒng)、VTS導航系統(tǒng)、產(chǎn)運銷系統(tǒng)和T.MIS系統(tǒng)的相關信息，管控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)的實時采集和手工錄入提供車、船進出港作業(yè)過程的實時監(jiān)測，將車船相關信息接入門戶網(wǎng)站，以保證車、船狀態(tài)的實時查詢。

在車船調(diào)度生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，需要及時采集各類數(shù)據(jù)，并生成各類相關報表，記錄影響作業(yè)過程中非正常作業(yè)狀態(tài)的因素。

5.3 實績管理

生產(chǎn)模式采用兩級調(diào)度模式，中控是現(xiàn)場裝卸作業(yè)的中樞系統(tǒng)，但是，具體的裝卸生產(chǎn)由兩端發(fā)起、執(zhí)行。在操作過程中，要加強中樞管理，由其負責對當班計劃的分解、現(xiàn)場作業(yè)的統(tǒng)籌安排和作業(yè)流程分派。

計劃管理通過管理層對控制層的設備進行鎖定管理，管控系統(tǒng)在此基礎上實現(xiàn)流程優(yōu)化推薦，為中控調(diào)度員的計劃分解工作和最優(yōu)流程選擇提供參考。同時，實行指令反饋記錄和操作留痕統(tǒng)計。

5.4 貨場管理

根據(jù)港口動態(tài)生產(chǎn)作業(yè)等信息，系統(tǒng)自動實時生成堆場場存數(shù)量動態(tài)圖，實時提供堆場數(shù)據(jù)狀態(tài)畫面和堆場數(shù)據(jù)調(diào)整記錄。

5.5 設備管理

設計出反映出港口設備的相關信息，能夠?qū)崿F(xiàn)EAM（ERP）系統(tǒng)傳至管理層的功能。

5.6 統(tǒng)計查詢

統(tǒng)計查詢主要包括以下幾點：①生產(chǎn)統(tǒng)計報表和生產(chǎn)指標。生產(chǎn)作業(yè)統(tǒng)計指標包括貨物吞吐量等港口裝卸工作量指標，船舶、車輛、工人的裝卸效率指標，車輛、船舶在港停時指標，泊位、庫場、機械等設施設備的運用指標等。②計劃兌現(xiàn)率。③設備完好率。④電能利用率。⑤人機工效，即單人工效、單機工效。

5.7 商務管理

商務管理的主要作用是：①實時采集拖輪主機的啟停時間，按照日月季年的要求分類列出運行時間中的工作時間和檢修時間等。②由拖輪作業(yè)人員錄入和設備自動采集的信息。③管理對流動機械。錄入和統(tǒng)計港口費率、費用明細，及時掌握船舶和相關單位的收費情況。④電廠費用結算可自動采集。⑤通過采集拖輪運行時間對應其工作內(nèi)容結算拖輪使用費。⑥根據(jù)塊煤篩分系統(tǒng)的指示作業(yè)。

管控一體化系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試階段，在一至四期煤碼頭正式運行后，實踐證明，其在煤炭碼頭裝卸生產(chǎn)作業(yè)管理和控制系統(tǒng)中運行穩(wěn)定、自動化程度高，各個監(jiān)控畫面清晰明了，能很好地監(jiān)視和控制作業(yè)現(xiàn)場，提高了裝卸作業(yè)的安全性和工作效率。各個生產(chǎn)過程環(huán)環(huán)相扣，提高了生產(chǎn)組織的安全性和可控性。管控一體化系統(tǒng)采用先進、合理、優(yōu)化的方式提高了運作效率和管理效率，進而大大提高了生產(chǎn)力。采用該系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了黃驊港煤碼頭運營中各類信息的實時共享，簡化了工作流程、規(guī)范操作，還打破了原有的港口物流模式。在現(xiàn)代港口競爭因素多元化、港口腹地經(jīng)濟貿(mào)易化和港口競爭激烈的今天，優(yōu)化整個港口的生產(chǎn)作業(yè)過程，能大大提高公司的管理水平，提高港口服務質(zhì)量和服務水平，為強化整體競爭實力提供重要手段，從而為神華集團和港務公司創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益。

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〔編輯：白潔〕