（控制理论与控制工程专业论文）集装箱装卸桥远程监控系统的研究与开发.pdf

摘要 本课题研究的集装箱装卸桥远程监控系统为交通部重点实验室t 海海运学院 航运仿真中心港口实验室项目。作者参与此课题的研究并撰写了该论文。 集装箱装卸桥是港口最重要的设备，尤其是远程监控技术，不仅可以减少操作人 员工作强度，降低成本，而且可以随时监视设备运行状况，为维护带来极大的方便。 本课题采用现代远程监控技术，对大型设备实施监控，提高企业生产自动化程度， 增加经济效益，并能提供历史数据查询，为维护和修理带来方便。 本文研究的内容主要如下： 1 论述了集装箱装卸桥发展的基本情况；远程监控的意义和必要性；监控组态软 、件的基本概况以及本课题研究的任务、要求及目标。 2 探讨了集装箱装卸桥系统，包括四大工作机构的特点及主要技术参数；概括出 集装箱装卸桥系统的电气控制系统和监控网络系统。 3 论述了远程监控的发展情况，集装箱装卸桥远程监控框架；具体介绍了集装箱 装卸桥远程监控的主要内容。 4 介绍了组态的基本思想和软件i n t o u c h ，分析了监控功能要求。然后重点研究 集装箱装卸桥远程监控系统界面组态设计与实现。 5 以实时数据库为基础，详细探讨了监控功能实现，包括动画连接、p l c 数据通 讯、关系数据库、系统报警与打印等。 6 对本课题工作做了小结，对本课题研究的下一步方向做了展望。 本课题的研究开发采用了系统规划的思想和方法，从整体上把握集装箱装卸桥远 程系统的开发，首先从系统入手，设计规划了整体框架图，目标明确，给其后的组态 界面设计和功能的顺利完成打下了基础。 本课题完成的开发内容主要有：集装箱装卸桥系统的研究、组态监控界面设计以 及监控功能的实现等内容。其中，监控站加组态软件的实现方法可以提高企业工作效 率和管理维护水平，适用于其他大型设备的系统监控，相信必将会有更为广泛的应用。 由于远程监控集自动化、网络化技术于一身，随着信息化的发展而不断更新，因 此远程监控将一直是相关领域研究和开发的重要方向之一。 关键词：集装箱装卸桥，远程监控，组态 a b s t r a c t c o n t a i n e rc r a n er e m o t e m o n i t o r i n gs y s t e mi sa n f f e mi nt h e p o r tl a b o r a t o r y o ft h e s i m u l a t i v ec e n t e ro fn a v i g a t i o ni ns h a n g h a im a r i t i m eu n i v e r s 时，w h i c hi sak e y l a b o r a t o r yo ft h em i n i s t r vo fc o m m u n i c a t i o n s t h ea u t h o rh a dp a r t i c i p a t e di n s t u d y i n g t h i sp r o j e c ta n dw r i t t e nt h i sd i s s e r t a t i o n c o n t a i n e rc r a n ei st h em o s ti m p o r t a n te q u i p m e n ti n p o r t s ，e s p e c i a l l yf o rt h e r e m o t em o n i t o r i n ge q u i p m e n t i tc s nn o to n l yr e d u c et h eo p e r a t o r 。sw o r k i n gi n t e n s i t y a n d c o s t ，b u ta l s o m o n i t o rt h e o p e r a t i o n c o n d i t i o n so f e q u i p m e n t f o r g r e a t c o n v e n i e n c eo fm a i n t e n a n c e t h e p u r p o s eo ft h i sd i s s e r t a t i o ni st ou s em o d e mm o n i t o r i n gm e a n s t om o n i t o r a n dm a i n t a i n h e a v y - d u t ye q u i p m e n t ，i m p r o v ee n t e r p r i s e a u t o m a t i z a t i o n l e v e l ， i n c r e a s ee c o n o m i cb e n e f i t s 。r e d u c ed i f f i c u l t ya n di n t e n s i t yo ne q u i p m e n to p e r a t i o n ， a n do f f e rh i s t o r i c a ld a t ai n q u i r yf o rm a i n t a i n i n ga n dr e p a i r i n g t h em a i nc o n t e n to ft h i sd i s s e r t a t i o ni sa sf o i l o w 1 。d i s c u s s e dt h eg e n e r a lo v e r v i e wa b o u tt h ed e v e l o p m e n to fc o n t a i n e rc r a n ea n d t h em e a n i n ga n dn e c e s s i t yo fr e m o t em o n i t o r i n g ；b r i e fi n t r o d u c t i o no fc o n f f o l c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ，a s w e l la st h e t a s k ，r e q u e s t ，o b j e c t i v eo ft h i sp r o j e c t 2 d i s c u s s e dt h ec o n t a i n e rc r a n es y s t e m ，i n c l u d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dm a i n t e c h n i c a lp a r a m e t e r si nf o u rm a i nd e v i c eo r g a n i z a t i o n ；s u m m a r i z e dt h ee l e c t r i c c o n t r o ls y s t e ma n d m o n i t o r i n gn e t w o r ks y s t e m o ft h ec o n t a i n e rc r a n e 3 d e s c n b e dt h ed e v e l o p m e n to fr e m o t em o n i t o n n ga n d m o n i t o r i n gd e s i g n f r a m eo f t h ec o n t a i n e rc r a n e c o n c r e t ei n t r o d u c t i o no ft h em a i nc o n t e n to fc o n t a i n e rc r a n e r e m o t em o n i t o r i n g 4 b r i e fi n t r o d u c t i o no ft h ec o n f i g u r a t i o nt h o u g h ta n ds o f t w a r ei n t o u c h ，a n a l y s i so f t h ed e m a n do fm o n i t o r i n gf u n c t i o n 。e m p h a s i so ft h i sp a r tw o u l db ep l a c e do nt h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n o ft h ei n t e r f a c ec o n f i g u r a t i o n 5 i n t r o d u c e dt h eb a s i cs i t u a t i o na b o u t r e a l - t i m e d a t a b a s e ，e x p o u n d e d t h e r e a l i z a t i o no f m o n i t o r i n gf u n c t i o n ，i n c l u d i n g a n i m a t e d l i n k ，p l c d a t a c o m m u n i c a t i o n ，r e l a t e dd a t a b a s e ，s y s t e ma l a r ma n dp r i n t ，e t c 6b r i e fs u m m a r yf o rt h i sp r o j e c t ，p r o s p e c t e dt h ef u t u r e s t u d y a b o u tr e l e v a n t s u b j e c t t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h i ss u b j e c ta d o p t e dt h o u g h ta n dm e t h o do f o v e r a l lp l a n ，c o n s i d e r e dt h ed e v e l o p m e n to fc o n t a i n e rc r a n er e m o t eo nt h ew h o l e ， s t a r t e dw i t ht h es y s t e ma tt h eb e g i n n i n g ，d e s i g n e da n dp l a n n e dt h ew h o l ef r a m e p i c t u r e ，l a i das o l i df o u n d a t i o nf o rt h ef o l o w i n gs m o o t hc o m p l e t i o no fc o n f i g u r a t i o n i n t e r f a c ed e s i g na n df u n c t i o nr e a l i z a t i o n t h r o u g hd e v e l o p i n g ，t h ed i s s e r t a t i o nh a sf i n i s h e ds t u d y i n gt h es y s t e m ，t h e i n t e r f a c ed e s i g no fm o n i t o r i n gc o n f i g u r a t i o na n dr e a l i z a t i o no fm o n i t o r i n gf u n c t i o nf o r c o n t a i n e rc r a n e t h e i m p l e m e n t a t i o n m e t h o do f m o n i t o r i n g s t a t i o n a d d i n g c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e c a n i m p r o v ee n t e r p r i s e so p e r a t i o n e f f i c i e n c y a n d m a n a g e m e n t m a i n t a i nl e v e l i tc a nb e w i d e l y u s e di nd o m e s t i c h e a v y - d u t ye q u i p m e n t s y s t e mm o n i t o r i n gi nt h e n e a rf u t u r e r e m o t em o n i t o r i n gi n c o r p o r a t e sa u t o m a t i o na n dn e t w o r kt e c h n o l o g y ，b r i n g i n g r e n o v a t i o nw i t hi n f o r r n a t i o n a l i z e dd e v e l o p m e n t ，s oi tw i l lb ea ni m p o r t a n td i r e c t i o nf o r r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t i nr e l e v a n tf i e l d x i n , w e i d i r e c t e db yp r o f e s s o rm i n z h o n g ，b a o & j i a n x i n ，c h u k e y w o r d s ：c o n t a i n e rc r a n e ，r e m o t em o n i t o r i n g ，c o n f i g u r a t i o n 论文独创性声明 y 6 4 0 8 7 1 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文 中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或 撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作 了明确的声明并表示了谢意。 作施名：救日期：趁丝_ a 论文使用授权声明 本人同意上海海运学院有关保留、使用学位论文的规定即：学校有权 保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅：学校 可以上网公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文保密的论 文在解密后遵守此规定。 上海海运学院硕士学位论文第1 页 第一章引言 1 1 集装箱装卸桥的发展概况 集装箱运输是在二战后运输业兴起的一场技术革命，经过半个多世纪的发展， 目前在世界各国越来越普及，成为十分重要的一种运输方式。随着集装箱运输业的 发展，相适应地出现了各种类型的集装箱装卸机械，其中有集装箱铲车、叉车、集 装箱装卸桥、龙门式起重机等等。 装箱装卸桥指的是岸边集装箱起重机，是设在码头前沿，在船岸之间进行装卸 集装箱的专用机械，在集装箱码头上是不可缺少的一种重要机械。集装箱装卸桥在 码头的常规配置方法是1 个泊位上设2 台。多泊位连在以一起的顺岸集装箱码头， 为了提高装卸桥机械的利用率和降低码头的投资，过去经常采用2 个泊位设3 台， 3 个泊位设5 台的情况。但是随着集装箱运输的发展，集装箱船的大型化，船公司 都要求缩短船舶的在港停泊时间，如香港的葵涌码头等有一个泊位设3 台甚至4 台 装卸桥的例子。 随着集装箱船的不断大型化，世界各大集装箱港口为适应这种变化和要求，对 码头的装卸机械也在不断地进行技术改造。到目前为止，集装箱装卸机械经过五十 多年的发展，机型、规格和数量越来越多；在性能、速度、效率以及电气传动技术 方面不断得到改进、发展和提高。国内外对于集装箱装卸桥的技术改造，把装卸桥 的负荷从过去的3 0 5 t 3 5 t 提高到现代的至少4 0 t 以上，比如现在美国的很多港 口装卸桥的负荷都超过5 0 t ，比利时安特卫普集装箱码头上最大的负荷为7 0 t 。把 装卸桥的外伸距延长到现在的4 4 4 8 m ，如荷兰鹿特丹的欧洲集装箱码头( e c t ) 其 外伸距最大达到5 6 m 。现在采用的1 6 m 标准轨距的装卸桥己很少见，一般都在2 0 m 以上，爱尔兰的利勃海尔厂为阿根廷的布宜诺斯艾利斯建造的装卸桥，最大轨距为 3 1 4 m 。 目前，在我国港1 ：3 的集装箱码头，少数港1 3 ( 如上海外高桥港、深圳盐田港) 装卸桥的装备水平和装卸效率与国际同步，但大部分港口装备水平与装卸效率与发 达国家有明显差距。比如，我国还有很多港口应用的集装箱装卸桥为第一代装卸桥， 每小时的装卸量平均为2 5 t e u 。而欧美发达国家，像鹿特丹港的欧洲集装箱码头 ( e c t ) 就使用第二代装卸桥，其装卸效率大大提高，每小时可达5 0 t e u ，比普通的 第一代集装箱桥提高了一倍。这反映了管理工艺水平和技术更新能力的差距。目前 我国的装卸工艺水平和员工操作能力的基础起点较低，而装卸机械，特别是装卸桥 上海海运学院硕十学位论文第2 页 的发展升级速度快，又使装卸工艺水平和员工操作能力的提高与设备相比相对滞 后。针对这个问题，国内研究开发了装卸桥电控与操作仿真系统。为了不断适应现 代集装箱装卸桥的快速更新换代以及朝着大型化、系统化和自动化的要求。有必要 在更高的层次对集装箱装卸桥的运行状况进行有效的监控管理，为设备的维护保养 提供正确的依据，降低维护费用和维护强度。 1 2 集装箱装卸挢远程监控的意义和必要性 传统意义上对大型设备系统进行实时状态监控一般建立在近距离条件下，即近 程监控。这种监控方式主要是通过r s 2 3 2 或者r s 4 8 5 物理接口进行数据通信，利用 手动方式监控系统的各种状态及参数，包括修改参数和查看参数。这种方式要求每 个维护点都要配备一定的维护人员，实行轮班值守。维护人员劳动强度大，管理水 平不高，已经不能适应现代化经济发展的要求。随着l n l e r n e t 的不断普及，人们不 再满足这种意义上的监控，而是要求能在任意地点了解到被控系统的运行情况，并 且当发现问题时能及时地得以解决，以提高解决问题的效率。 集装箱装卸桥在集装箱码头中的地位极为重要，对其管理维护是港口设备管理 的重中之重，因此为了保证装卸桥正常运行，要求对其采用有效的监控，这种监控 现在大部分可以通过e t l a e m e t 或者p l c 主站对现场点进行访问监控。随着现代化机 械设备日益大型化，复杂化和自动化，机械设备的故障也日益复杂。现今已快速发 展的基于网络的远程监控系统，即设备在线监控和在线故障诊断技术与i n t e m e t 相 结合，这样的远程监控系统正是现代远程监控的研究和发展方向。集装箱装卸桥的 远程监控在e t h e m e t 或者p l c 主站对现场点进行访问监控的基础上，使用监控站组 态软件组态监控，然后通过i n t e m e t 可以浏览监视。 1 2 1 综台自动化技术发展的需要 综合自动化技术的实施是基于计算机、信息、人工智能、自动控制、系统工程 和生产制造等技术，是对传统的生产技术与生产方式的革命性变革。它具有集成化、 智能化、网络化、系统整体优化的特征，采用标准化、模块化和系列化设计，是一 个以通信网络为纽带，融过程控制、生产管理、企业规划等诸多功能于一体的多级 计算机网络系统结构。 综合自动化系统是在已有自动化技术基础上，把企业内孤立的局部自动化技术 和子系统在新的管理模式与工艺指导下综合运用信息技术、自动化技术，并通过计 算机网络及其支持软件而有机地结合起来，构成一个完整的系统，对生产过程的物 质流与管理过程的信息流和决策过程的决策流迸行有效的控制和协调，以适应新的 2 上海海运学院硕士学位论文 第3 页 竞争模式下市场对生产管理过程提出的高质量、高速度、高灵活性和低成本的要求。 港口企业所追求的已不仅仅是某一个装卸设备的自动化控制水平，而是港口企 业整体的综合自动化水平，实现港口企业整体优化，就需要信息的集成。通过信息 集成实现信息共享。其中不仅有直接采集到的信息，同时也包括通过信息采掘得到 的有用信息，从而使信息真正成为资源，进而完成信息流、物流和资金流的集成以 保证港口企业的运行优化。这些都是进行管理决策、在线控制和指导生产等一系列 活动的依据。这就是港口企业综合自动化与一般的自动化的一个重要差别和优势。 集装箱装卸桥远程监控系统是实现综合自动化的必然选择。 1 2 2 设备维护管理的需要 使用网络化的设备远程监控管理系统，可将各种设备运行状况和各种工作环境 监控起来，用网络管理平台来处理许多中间环节，简化工作，减少管理人员的工作 量，减少设备故障反应时间，提高设备运行效率，预防事故的发生，显得十分重要 和必要。 由于集装箱装卸桥的大型化、系统化和自动化的目益发展，对于这种大型设备 的维护管理，现在已经不能像过去那样简单的靠人工去现场定期检查和简单的现场 监控。采用远程监控的网络平台成为必要，具体有如下优势： ( 1 ) 可以降低维护人员的劳动强度，提高效率，节约劳动力成本。 ( 2 ) 可以做到实时监控，减少设备故障反应时间，提藩生产安全性。 ( 3 ) 保存状态数据，通过分析历史数据，为设备维护计划提供一种决策依据。 1 2 3 管理与控制一体化的需要 随着技术的更新和生产的需要，各种控制系统和设备出现在生产现场，而现有 大部分工业控制系统都是根据被控对象控制要求逐步建立起来的。由于过去管理经 验的欠缺，控制网络基本是一个个单独的控制体。不但使设备之间和各个控制系统 之间不能够共同通信协作完成一项工作流程，同时由之而来的控制和操作的复杂化 和多样化问题也造成了人力资源的浪费，面对更多的设备和控制系统，需要不断增 加的人力和物力，同时让企业的工作流程及其决策环境复杂化。 集装箱港口是航运物流系统中的一个重要节点。集装箱作业计划与装卸调度的 高效与否，跟装卸现场设备的运行状态密不可分。港口管理层对装卸现场设备的要 求也越来越高，不再简单停留在过去的正确控制和运行上，管理层更多的需要知道 设备运行的状态、效率以及各种流程的复杂程度。上层管理系统为了实现信息的币 确化，准确化，共享化，要求控制系统和企业管理系统进行交互操作，企业管理系 3 上海海运学脘硕士学位论文 第4 贞 统发出控制指令，控制系统执行指令同时反馈执行结果。现今国内外，港口装卸殴 备控制系统与企业管理信息系统的集成是企业信息化发展的趋势。采用远程监控系 统，可以方便准确的把现场设备的状态数据( 实时数据) 集成到企业管理的数据库 中，将控制系统信息集成到港口企业内部管理系统中来，从而现实管控一体化。 124 港口企业生产管理的需要 提高集装箱装卸桥及其他装卸设备的效率，缩短船舶的在港停泊时问，提高码 头的吞吐量。一直是航运界所关注的对象。码头生产管理的好坏，直接同上述的因 素紧密相连。当前，随着综合自动化技术( 基于计算机、信息、人工智能、自动控 制、系统工程和生产制造等技术) 的发展，管理一体化集成程度日益加剧，设备维 护管理网络化的拓宽，港口码头企业为了适应信息化潮流，提高自身的生产管理水 平，以及国际码头的激烈竞争，也将会着眼于更多的采用设备远程监控这一先进的 技术来支持3 生产管理。以简化装卸生产调度的复杂程度和提高管理的及时性能。 在我国，目前在码头企业方面已有大连港、上海外高桥部分设备采用了远程监控系 统。 1 3 监控组态软件概况 “组态”的概念是伴随着集散控制系统( d c s ) 的出现及计算机控制技术的日 趁成熟才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的，并随着d e s 商品化而发 展起来的。目前自动化产品呈现出智能化、小型化、网络化、p c 化、低成本的发 展趁势，并逐渐形成了各种标准的网络结构、硬件规范。使得自动化系统的“水平” 和“垂直”集成变得更加容易。监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带，是自动 化系统中的重要组成部分。 13 1 监控组态软件起源 组态的含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算 机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。监控组态软 件是面向监控与数据采集( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ，s c a d a ) 的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。监控组态软件 最早出现时，人机界面h m i ( h u m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 或m m i ( m a nm a c h i n e i n t e r f a c e ) 是其主要内涵，即主要解决人机图形界面的问题。随着它的快速发展， 实时数据库、实时控制、s c a d a 、通信及联网、开放数据接口、对i 0 设备的广泛 支持已经成为它的主要内容。随着技术的发展，监控组态软件会不断被赋予新的内 4 上海海运学院硕士学位论文 第5 页 容。 8 0 年代末w o n d e r a r e 公司在世界上推出第一个商品化的组态软件i n t o u c h ， 短短的_ 卜多年，监控组态软件在全球迅猛发展，目前世界组态软件达到几十种之多， 知名的有f i x 、i n t o u c h 、c i m p l i c i t y 、l a b v i e w 、w i n c c 、k i n g v i e w 等。现今仅 w o n d e r w a r e 公司组态软件的全球装机量就有三十万套左右。组态软件之所以得到用 户和d c s 厂商的青睐，主要有2 个原因： ( i ) 个人计算机操作系统日趁稳定可靠，实时处理能力增强且价格便宜。 ( 2 ) 个人计算机的软件及开发工具丰富，使得组态软件功能强大，开发周期 相应缩短，软件升级和维护相对方便容易。 1 3 ，2 监控组态软件的构成 组态软件的结构划分有多种标准，在这里按照成员构成划分。组态软件因为其 功能强大，而每个功能相对来说又具有一定的独立性，因此其组成形式是一个集成 软件平台，由若干程序组件构成。一般来说，组态软件必备的典型组件包括如下6 各部分。 ( i ) 用程序管理器。应用程序管理器提供应用程序的搜索、备份、解压缩、 建立新应用等功能的专用管理工具。应用组态软件进行工程设计时，经常要进行组 态数据的备份：经常需要引用以往成功应用项目中的部分组态成果；经常需要迅速 了解计算极中保存了哪些应用项目。虽然这些要求可以用手工方式实现，但效率低 f ，极易出错。有了应用程序管理器的支持，这些操作变得非常容易。 ( 2 ) 图形界面开发程序。为实旌其控制方案，在图形编辑工具的支持下进行 图形系统生产工作所依赖的开发环境。通过建立一系列用户数据文件，生产最终的 图形目标应用系统，供图形运行环境运行时使用。 ( 3 ) 图形界面运行程序。在系统运行环境下，图形目标应用系统被图形界面 运行程序装入计算机内存并投入实时运行。 ( 4 ) 实时数据库系统组态程序。比较先迸的组态软件都具有独立的实时数据 库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是建立实 时数据库的组态工具，可定义实时数据库的结构、数据来源、数据连接、数据类型 及相关的各种参数。 ( 5 ) 实时数据库系统运行程序。在系统运行环境下，目标实时数据库及其应 用系统被实时数据库系统运行程序装入计算机内存，并执行预定的各种数据计算、 数据处理任务。历史数据的查询、检索、报警的管理都是在实时数据库系统运行程 序中完成的。 上海海运学院硕士学位论文 第6 页 ( 6 ) i o 驱动程序。它是组态软件中必不可少的组成部分，用于和i o 设备通 信，叵相交换数据。d d e 和o p cc 1 i e n t 是2 个通用的标准i o 驱动程序，用来支持 d d e 标准和o p c 标准的i o 设备通信。多数组态软件的d d e 驱动程序被整合在实时 数据库系统或图形系统中，而o p cc 1 i e n t 则多数单独存在。 组态软件扩展可选组件包括：通用数据库( o d b c ) 接口组态程序、通用数据库 ( o d b c ) 接口运行程序、策略( 控制方案) 编辑组态程序、策略运行程序及实用通 信组件等。 1 3 3 监控组态软件发展趋势 组态软件作为单独行业的出现是历史的必然。集散型控制系统的发展，催生出 组态软件，而现场总线技术的成熟促进了组态软件的应用。 能够同时兼容多种操作系统平台是组态软件的发展必然方向。未来的组态软件 必然要跨操作系统平台，兼容流行的w i n d o w s 和l i n u x u n i x 等。 开放型技术是组态软件发展的重要方向。组态软件正逐渐成为协作生产制造过 程中不同阶段的核心系统，无论是用户还是硬件供应商都将组态软件作为全厂范围 内信息收集和集成的工具，这就要求组态软件大量采用“标准化技术”，如o p c 、d d e 、 a c t i r e 控件、c o m d c o m 等，使组态软件演变成为软件平台，在软件功能不能满足 用户特殊需要时，用户可以根据自己的需要进行二次开发。组态软件采用标准化技 术还便于将局部的功能进行互连。在全厂范围内，不同厂家的组态款件也可以实现 互连。 作为嵌入式应用软件也是组态软件的方向之一。目前的嵌入式应用软件主要基 于d o s 和各种实时多任务操作系统，大多应用在一些特殊场合和特殊设备上，随着 现代制造业的发展，对这些特殊设备的控制业提出了更多的要求，尤其时人机界面 和复杂控制方面的需求，p c 的小型化，w i n c e 的发展为满足这种需求奠定了基础。 为嵌入式系统量身定制的微型化的人机界面软件是组态软件厂商新的发展方向。 此外，构造全厂信息平台、瘦客户技术、基于平板电脑和p d a 的人机界面解决 方案、软硬件整体解决方案、大规模定制、以客户为导向的软件设计、成为全球供 应商等都将成为组态软件在发展中体现的些主要特征。 组态软件具有丰富的接i o 接口，能与绝大多数控制装置相联，具有分布式实 时数据库，可以解决分散的“自动化孤岛”互联问题，因此信息化社会的到来为 组态软件拓展了更多的应用领域。如今，组态软件不仅应用于工业企业，在农业、 环保、邮政、电信、实验室、医院、金融、交通、航空等各行各业都能找到使用组 态软件的实例。随着中国经济发展和信息化速度的加快，组态软件将赢得巨大的市 上海海运学院硕上学馒论文第7 页 场空间。同时也为国产优秀组态软件创造了良好的成长环境。组态软件事业的发展 同时加剧了对从事组态软件开发与研制的人才需求。 1 3 4 监控组态软件在自动监控系统中所处的地位 图卜1 监控组态软件在自动监控系统中的地位 在一个自动化监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中 一t l , 、远程监视中一l i , 和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制、检 测设备( 如p l c 、智能仪表、d c s 等) 共同构成快速响应控制中心。控制方案和算 法般在设备上组态并执行，也可以在p c 上组态，然后下装到设备中执行，根据 设备的具体要求而定，如图卜l 所示。 监控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成下面6 项任务。 ( 1 ) 查看生产现场的实时数据及流程画面； ( 2 ) 自动打印各种实时历史生产报表； ( 3 ) 自由浏览各实时历史趁势画面； ( 4 ) 及时得到并处理各种过程报警和系统报警： ( 5 ) 在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态： 7 上海海运学院硕士学位论文第8 页 ( 6 ) 与管理部门计算机联网，为m i s 提供生产实时数据。 1 4 本课题的任务、要求与目标 集装箱装卸桥远程监控系统的开发与研究是为了提高港口企业的生产效率和 维护方便而进行的有益工作。通过有效的远程监控管理，使设备的利用率及其设备 维护达到一个新的水平。 1 4 ，1 本课题的主要任务 基于组态软件开发的集装箱装卸桥的远程监控系统的开发与研究是交通部重 点实验室上海海运学院航运仿真中心港口仿真实验室的研究课题之一。目前在 国内港口方面，以组态软件实现远程监控系统具有很强的现实意义。集装箱装卸桥系 统远程监控的开发与研究其主要任务有： ( 1 ) 分析研究集装箱装卸桥系统四大机构( 包括大车、小车、起升以及俯仰机 构) 的工作特点和一般原理。 ( 2 ) 深入了解装卸桥的电气系统和网络结构。 ( 3 ) 通过对四大机构的分析研究，确定监控对象和内容。 ( 4 ) 采用监控组态开发设计，人机界面，显示远程监控大型设备集装箱装卸桥 运行时参数变化状况。 ( 5 ) 组态化集装箱装卸桥远程监控系统的进一步发展展望。 1 4 2 本课题的要求、目标及对象 通过对集装箱装卸桥的研究分析，要求： ( 1 ) 确定装卸桥的电气结构图和网络监控框图。 ( 2 ) 确定四大机构监控的内容和对象。 ( 3 ) 组态编程设计，形象具体的监控图形界面设计。 ( 4 ) 傲到实时监控集装籍装卸桥。 本课题的目标：通过研究分析集装箱装卸桥系统，通过组态软件编程设计实现 对集装箱装卸桥这样的大型设备的远程监控，达到实时监控和数据保存，以便于港 l 企业设备管理控制一体化。 本课题设计对象是上海外高桥二、三期1 5 台超巴拿马型集装箱装卸桥。设计 验证在上海海运学院“集装箱港口仿真实验室”进行。 8 上海海运学院硕士学位论文 第9 页 第二章集装箱装卸桥系统 2 1 岸边集装箱装卸桥( q u a yo o n t a i n e tc r a n e ) 岸边集装箱装卸桥简称岸桥，装卸桥等，就是本文所指的集装箱装卸桥，由前 后两片门框和拉杆构成的门架和支撑在门架上得桥架组成，行走小车沿着桥架上的 轨道用专用吊具吊运集装箱，进行装卸船作业。门架可沿着与岸线平行的轨道行走， 以便调整作业位置和对准箱位。为了便于船舶靠离码头，桥架伸出码头外面的部分 可以俯仰。对于高速型岸边集装箱装卸桥，还装有吊具减摇装置。简言之，集装箱 装卸桥就是集装箱码头前沿的专用装卸设备，由金属结构、机构传动、驱动装置、 控制系统以及集装箱吊具等共同组成。 i 电缆卷筒：2 集装箱；3 一吊具；t 行走机构：5 - 载人升降机； 6 金属构槊( 门腿) ：7 - 小车横行机构；8 一机器房；9 一臀架； 1 0 驾驶( 操纵) 室# l l ? 起升机构：1 2 臂架操纵室 图2 1 岸边集装箱装卸桥外形图 如图2 1 为岸边集装箱装卸桥的外形图。岸边集装箱装卸桥按其动作特点一般 分为起升机构、臂架俯仰机构、大车行走机构、小车行走机构( 俗称四大机构) 。 加上其他一些辅助机构及设施，如吊具机构、防摇装置、夹轨装置、换绳装置、照 明通讯、载人电梯等。 f 一海海运学院硕上学位论文 第1 0 页 22 主要工作机构特点 ( 1 ) 起升机构。桥式抓斗卸船机通常是满载工作的，但岸边集装箱装卸桥起 升机构的载荷变化很大。由于目前集装箱的载货量一般只有额定载货量的5 0 6 0 ，如起重机的额定起重量按3 0 5 t 设计，起吊2 0 f t 集装箱时，即使按最大总重 量也只达到起重机额定起重量的6 7 。为了提高装卸效率，要求起升速度随载荷的 大小而变化，如起吊额定载荷的速度为一定，则要求起吊的载荷小于额定载荷，起 升速度应成反比例地增加，一般空载速度为重载速度的2 2 ，5 倍。 ( 2 ) 小车运行和减摇机构。集装箱起重机的小车运行距离较长，运行速度也 较高，当小车起动和制动时，货物会在小车运行方向上摇摆。小车运行速度越高， 摇摆越严重，从而影响装卸效率和作业安全。因此，必须装设减摇装置。减摇机构 用于消除小车运行机构制动后引起的集装箱摆动，以保证集装箱落点准确，随着小 车运行速度的不断提高，减摇机构的构造和性能也在不断的改善。 ( 3 ) 大车运行机构。在装卸集装箱时，由于需要经常移动大车对准船上的箱 位，且不至于碰撞邻近的集装箱或者船舶的上层建筑，因而要求大车运行机构具有 较好的调速、微动和制动性能。 ( 4 ) 驱动和供电方式。为了满足岸边集装箱起重机的工作要求，取得良好的 调速性能，目前以交流电机驱动的装卸桥，均需采用矢量变频调速。供电方式为 6 0 0 0 v 高压供电。 2 3 主要技术参数 集装箱装卸桥的主要参数与集装箱的箱型、船型、码头结构和装卸要求等有关。 在这里给出z p m c 3 0 0 0 型岸边集装箱装卸桥基本参数图示和参数表格，如图2 2 和 表2 - 1 所示。 上海诲运学院硕士学位论文第1 1 页 图2 2z p m c 3 0 0 0 型岸边集装箱装卸桥基本参数图示 表2 - 1z 附c 3 0 0 0 型岸边集装箱装卸桥基本参数 额定起重量 吊具下4 0 t 大梁俯仰时间 每单程 6 分 适用吊具伸缩式吊具2 0 ，4 0 f最大轮压 - 1 0 0a n d p a r t n o 6 0 0 0 ) 操作，则可在按钮动画链接的m i s c e l a n e o u s d i s a b l e ( o n ) 属性的条件表达式中写$ a c c e s s l e v e l 6 0 0 0 。这样，没有登录或访问级别不够的人 员就不能触发该按钮了。 58w e b 浏览本课题下一步研究展望 经过前面章节的介绍，加上本人的实践，采用组态化方法比较好的开发了集装 箱装卸桥远程监控系统。下面要讨论的问题是如何把监控组态界面发布到i n t e r n e t 的w e b s e r v e r 上，使得远离港口现场的高层管理人员无论在什么地方，只要能够上 i n t e r n e t ，使用标准的浏览器工具就可以轻松的查看监控界面，从而摆脱只有在本 地机上安装监控组态软件，运行相应组态软件才能打开监控界面进行监控的局限。 网络技术尤其瘦客户技术给组态软件带来了“春天”。因为组态软件正在从单 机向客户服务器方向发展，使得通过i n t e r n e t i n t r a n e t 观察和控制生产过程的需 求成为可能并且急剧增长。瘦客户技术使得用户可以在企业的任何地方都可以方便 的获取信息。而且，在企业i t 人才和资源比较缺乏的情况下，使用瘦客户技术只 需要对服务器端进行维护升级，可以使系统安装和维护费用大幅降低。 很多组态软件开发商都提供了把组态界面转换为w e b 页面的相应编译器，代价 是必须向开发商付款以获取这项专门的功能，并且组态转换后的w e b 页面在同一时 刻提供给远端查看的客户的数目是有限的。不过随着工业自动化的发展，组态软件 监控的w e b 浏览功能和要求必定会越来越受人们关注，最终结果必定是组态界面能 够很方便在i n t e r n e t 进行和浏览。 二海海运学院硕士学位论文 第5 7 负 第六章总结与展望 随着工业自动化技术的飞速发展，人们对大型设备自动化监控系统，以及监控 软件的要求越来越高，如要求实时性好、界面友好、图形丰富、开发周期短，便于 更改、扩充、升级等等。在此，根据最新的组态软件i n t o u c h 和组态方法开发集装 箱装卸桥远程监控系统，摒除以往那种从计算机语言入手去开发规模较大的监控系 统的方法所带来的费时、费力、开发周期长，通用性差等缺点，取得良好的效果。 至此，本文对集装箱装卸桥远程监控系统的进行了初步的研究与开发，在分析传统 的设备管理维修的基础上，采用了现代化的远程监控手段。 6 1 主要的研究开发工作总结 ( 1 ) 研究了集装箱装卸桥系统结构，包括集装箱的电控系统结构以及网络监 控设计 ( 2 ) 明确监控设计的具体内容和目标 ( 3 ) 运用组态化的方法和组态软件具体设计组态监控界面 ( 4 ) 完成组态的功能设计，实现集装箱装卸桥远程监控系统功能设计与实现 ( 5 ) 对远程监控的进一步发展提出了下一步展望 6 2 进一步的研究与展望 集装箱装卸桥远程监控系统是一种特定类型的集散控制系统( dcs ) 。以pc 为上位机的dcs 系统，配以成熟的工控组态软件，是目前控制领域发展应用的一 个重要方向。通过本项目集装箱装卸桥远程监控系统的研究开发与设计，可以看出， 以组态形式作为开发平台，软件不仅在设计和实现上简单快捷，开发周期短，而且 功能强大，维护和升级方便，同时又具有较高的性能和稳定性。因此对于国内大型 设备d c s 系统监控，监控站加组态软件的实现方法由于可以提高企业工作效率和管 理水平，将会有更为广泛的应用。 本课题集装箱装卸桥的远程监控系统开发与研究，由于时间有限，所以采用组 态软件编程达到要求后，就基本中止了研究工作。其实对于集装箱装卸桥组态化的 远程监控至少还有以下几点值得探讨和实践。 ( 1 ) 瘦客户技术。组态般控界面的w e b 发布，经过w e b 发布，人们可以在远 端通过标准的浏览器即可查看监控组态界面，而不需要在本地机器上安装任何组态 软件客户端。 5 7 j 一海拇运学院碗士学位论文 第s b 页 ( 2 ) 控件编程接口。通过组态软件i n t o u c h 的控件编程接口，对远程组态监 拧采用先进控制、优化控制以及其他应用 ( 3 ) 网络应用程序开发( n a d ) 。n a d 是个结合基于客户端和基于服务器结构 优点的结构。n a d 针对应用程序更新提供自动通知，并将更新后的应用程序自动分 发到视图节点。 致谢 本论文是在导师鲍敏中教授和褚建新教授的悉心指导下完成的。在 论文的课题研究、内容选择及论文的整个写作过程中，一直都得n - - 位 老师的谆谆教导和热切关心。此外，还有顾伟教授和实验室林叶春老师 的指导和帮助。谨此向各位导师表示最衷心的感谢! 卜海海运学院硕士学位论文 第6 0 页 参考文献： 1 ，蒋国仁港口起重机械大连：大连海事大学出版社，1 9 9 5 2 袁志耕集装箱码