黄骅港煤炭码头管控一体化问题研究

李伟博

摘 要：根据黄骅港一至四期煤炭码头的生产管理需求优化现有的生产、财务、办公和机电管理流程，提出管控一体化系统的解决方案。通过管控一体化系统建设来提高管理水平，改造并优化相关系统，为建设可持续发展的现代化新型港口探索有效的方法。管控一体化系统正式运行3年多时间，实践证明，管控一体化系统是国内煤炭码头信息化建设一次有益的探索和尝试，也是一个良好的示范和参考。

关键词：管控一体化系统；港口信息化；自动控制；煤码头

中图分类号：U693 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.061

1 研究意义

神华黄骅港自2001年底正式运营后，装卸生产效率、全员劳动生产率、港机设备完好率始终保持国内同行业领先水平，安全形势始终处于良好状态，吞吐量每年以千万吨级跨越增长，呈现了强劲的竞争实力和发展势头。经过15年的发展建设，吞吐量进一步增加，粗放式的管理模式已经不能满足公司的发展需要，而精细化管理是公司目前发展的内在需求。以高精准的生产管控实现效率最大化，提高公司的自动化水平，为推动黄骅港实现智能化自动作业奠定了坚实的基础。

2 黄骅港煤码头工艺流程特点

黄骅港一、二、四期煤码头均采用传统的工艺布局模式，其卸车作业生产过程为：火车—翻车机—转运皮带—堆场；装船作业生产过程为：堆场—取料机—转运皮带—装船机—船舶；直接换装作业生产过程为：火车—翻车机—转运皮带—装船机—船舶。

煤三期采用了新型的筒仓工艺流程，煤三期装卸工艺的特点是：①采用先进的装卸工艺流程和筒仓封闭堆存，减少设备数量，缩短设备的维修、保养时间，以提高作业效率。②改变传统的生产模式，建立“一中心两单元”的生产操作模式。打破以往煤炭码头纯粹以中控室为操控中心和露天堆存的传统的工艺流程模式，采用两级调度，继续翻堆作业和装船作业，换用筒仓堆存模式。加强中枢管理，保留中控调度，负责对当班计划的分解、现场作业的统筹安排（包括实时监控现场生产，协调维修、组织故障排查）和作业流程分派；流程指令操作层下放至翻控室操控人员和装船机司机，由其负责具体流程皮带的启停、翻堆和装船作业，减少生产指令反馈环节，缩短指令时间，优化作业过程，提高作业效率。

整个港口的生产作业可以划分为两大单元：①外部信息，包括车船信息、销售信息、煤种信息和自然气象等；②内部生产的组织和运行，包括计划编排、煤车、船舶进出港、卸车作业和装船作业、筒仓堆存与生产维修。所有这些项目的执行都要经过中控人员的操作。但是，黄骅港的生产实行的是两级调度，中控人员既是生产的组织者，又是操作者，同时，他们肩负着三班计划的分解工作。为了提高生产效率，减少指令回馈的次数，以便生产的顺畅组织，在煤一期和煤二期的基础上，对煤三期实行流程再造，通过管控系统建立“一中心两单元”的生产操作模式。“一中心”为中控室，负责计划分解、流程分派和直装流程的组织；“两个单元”分别是翻控室和装船机，它们分别负责卸车作业和装船作业的组织、实施。该模式的优点是减少了计划与执行的沟通环节，实现紧凑的生产组织，减少了因为指令传递失误造成船舶超载、机械损毁、人身损害等严重的安全和货运质量事故。

在实际工作过程中，该工艺的计划流程如图1所示。

3 黄骅港煤码头管控一体化系统总体方案

3.1 管控一体系统构建目标

管控一体化系统应建立在以管控中心为核心的生产实时调度控制体系、以优质服务为宗旨的客户服务体系、企业资产、设备管理体系、科学统计分析为依据的经营决策体系上，从而建立精准计划制订、作业指令分解、动态监控布设、实时数据收集和分析、计划优化等闭环运行机制。基于作业标准和工作规则，构建智能化管理模型，运用先进的现场监控系统为自动作业提供保障。这样做，能够实现真正意义上的工业控制系统与管理系统的有机集成，实现管理、控制一体化，整个生产作业工序透明，最终实现管理指导生产，并将生产数据反馈给管理系统。在获取生产流程所需信息的基础上，将分散的管理决策系统、控制系统、生产调度系统等有机地集成起来，综合运用信息技术、计算机技术、自动化技术、生产工艺技术和现代管理科学，从作业过程的全局出发，通过对装卸作业过程中所需的各种信息的集成，集控制、监测、管理、优化、决策、调度、经营于一体，形成一个能适应各种生产环境需求的高质量、总体最优、高效益、高柔性的现代化企业综合自动化系统。管控一体系统框架如图2所示。

3.2 管控一体化系统功能模块设计

管控一体化系统主要分为管理系统和控制系统两大模块。管理系统主要包括负责装卸生产作业计划管理、调度管理、实绩管理、货场管理、设备管理、统计查询、商务管理、其他功能管理等八大模块。生产管理系统通过业务合同、生产调度、生产作业、生产监控等环节，结合管控一体化平台，实时传递生产过程数据，这是港口信息化的关键环节，同时，也可以利用管控平台为控制系统提供关键信息，实现管理优化生产，生产促进管理，提高黄骅港的生产业务水平。实绩管理包括指令管理、流程管理、堆场动态管理、PLC自制指令管理、停机事件管理、中控岗位操作日志管理。数据采集与处理功能为通过网络和I/O端采集了大量的现场信息，为流程自动控制、监控、数据采集、生产管理系统的运行提供了依据。

在工作过程中，控制系统主要用于接收管理系统流程任务，而工艺流程控制功能包括流程的选择与接收、流程的自动启停、流程故障处理、流程在线切换、流程互锁、流量监控和故障判断等。

4 黄骅港务公司生产管控一体化实现构架

如图3的管控系统构架所示，管控一体化需要的硬件有智能设备、通讯设备和计算机网络群。智能设备是指应用于大机、堆场、皮带、驱动设备、转接机房等生产设备上的，用于数据实时动态采集和自动识别的设备；通讯设备是指把智能设备识别和采集的数据通过有线或无线的方式传递到计算机群的设备；计算机网络群是指记录、存储、处理实时数据和识别数据，通过通讯设备实时对智能设备进行反馈，达到自动调控大机等设备作业的系统。在具体工作中，按照其功能，可以分为以下4个环节：①现场数据的自动化获取，比如取料机的实时取料量，智能测温设备提供的堆场各个垛位的实时温度，各大机的准确位置等。②对于传输信道，要保证数据传输的畅通，使前方信息能够迅速到达ERP平台的各个终端，有权限的人员都能看到这些数据。③基于一个实时、动态的数据库的记录、存储和分析。借助生产管控一体化这个计算机数据库，既可以看到生产的实时数据，又可以通过分析存储的历史数据实时得到类似泊位利用率、装船机利用效率和吨煤耗电量等统计指标。如果需要，可以采取曲线和图表的形式实时自动显示，它与股票交易界面一样。④自动化调节控制和识别。比如，智能测温电缆测到某个筒仓的温度超标，计算机网络就可以自动向筒仓降温系统发出指令降温。这类似于空调和电热水器自动调温。

4.1 生产业务系统

生产业务系统覆盖商务、计划、调度、作业、结算计费、实时处理等全过程。其关键是强调整个生产过程的优化，它需要收集生产过程中大量的实绩数据，并对其作相应的处理。公司内部人员和相关单位人员可以通过互联网访问本系统，实现相关数据的录入和查询。

4.2 生产控制系统

生产控制系统主要用于接受管理系统流程的任务，工艺流程控制功能包括流程的选择与接收、流程的自动启停、流程故障处理、流程在线切换、流程互锁、流量监控和故障判断等。当设备发生故障时，预警提示功能会向系统提供报警信息。

5 煤码头管控一体化实现的主要管理模块

5.1 计划管理

5.1.1 查询看板

任何岗位都可以根据需要和权限查询任何时间段的生产作业历史数据和系统综合加工、分析过的信息，能够自动生成生产计划，自动分配计划到各生产部门。系统做到记录留痕，并对计划的变更做出包括变更人员、时间、原因等的记录，以供查询。

5.1.2 自动生成卸车计划

管控系统根据集团产运销协同系统提供的车次、煤种、货票吨等进车信息，结合堆场堆存、筒仓信息、船舶信息、设备状态自动生成卸车计划，计划员根据集疏港、堆存和港机设备维修情况、天气、船舶需求等其他情况进行合理的调整，进一步优化卸车计划，

5.1.3 自动生成装船计划

管控系统根据集团产运销协同系统提供的船名、货主、煤炭指标要求、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，结合堆场、筒仓堆存信息、港机设备维修情况自动生成装船计划，计划员根据集疏港、堆存及设备、天气等其他情况进行调整，进一步优化装船计划。

5.1.4 提供维修计划管理

维修计划分为港机计划维修、突发性故障维修和不影响作业的日常穿插检修、保养，以实现港机设备维修与装卸生产作业间隙的有机结合。

5.1.5 计划变更系统留痕功能

结合生产和设备的实际情况，计划员或者当班值班主任可以变更计划，系统留痕，记录变更人员时间和原因，以供相关人员查询。

5.1.6 自动分配计划任务

这项内容此处不再赘述。

5.1.7 计划锁定功能

待计划生成后，要通过管理网传递至控制网，在控制网锁定相关设备，为系统推荐流程做前期工作，并降低实际操作中人为因素犯错的概率。

5.2 调度管理

结合GPS全球定位系统、VTS导航系统、产运销系统和T.MIS系统的相关信息，管控系统通过数据的实时采集和手工录入提供车、船进出港作业过程的实时监测，将车船相关信息接入门户网站，以保证车、船状态的实时查询。

在车船调度生产环节中，需要及时采集各类数据，并生成各类相关报表，记录影响作业过程中非正常作业状态的因素。

5.3 实绩管理

生产模式采用两级调度模式，中控是现场装卸作业的中枢系统，但是，具体的装卸生产由两端发起、执行。在操作过程中，要加强中枢管理，由其负责对当班计划的分解、现场作业的统筹安排和作业流程分派。

计划管理通过管理层对控制层的设备进行锁定管理，管控系统在此基础上实现流程优化推荐，为中控调度员的计划分解工作和最优流程选择提供参考。同时，实行指令反馈记录和操作留痕统计。

5.4 货场管理

根据港口动态生产作业等信息，系统自动实时生成堆场场存数量动态图，实时提供堆场数据状态画面和堆场数据调整记录。

5.5 设备管理

设计出反映出港口设备的相关信息，能够实现EAM（ERP）系统传至管理层的功能。

5.6 统计查询

统计查询主要包括以下几点：①生产统计报表和生产指标。生产作业统计指标包括货物吞吐量等港口装卸工作量指标，船舶、车辆、工人的装卸效率指标，车辆、船舶在港停时指标，泊位、库场、机械等设施设备的运用指标等。②计划兑现率。③设备完好率。④电能利用率。⑤人机工效，即单人工效、单机工效。

5.7 商务管理

商务管理的主要作用是：①实时采集拖轮主机的启停时间，按照日月季年的要求分类列出运行时间中的工作时间和检修时间等。②由拖轮作业人员录入和设备自动采集的信息。③管理对流动机械。录入和统计港口费率、费用明细，及时掌握船舶和相关单位的收费情况。④电厂费用结算可自动采集。⑤通过采集拖轮运行时间对应其工作内容结算拖轮使用费。⑥根据块煤筛分系统的指示作业。

管控一体化系统经过调试阶段，在一至四期煤码头正式运行后，实践证明，其在煤炭码头装卸生产作业管理和控制系统中运行稳定、自动化程度高，各个监控画面清晰明了，能很好地监视和控制作业现场，提高了装卸作业的安全性和工作效率。各个生产过程环环相扣，提高了生产组织的安全性和可控性。管控一体化系统采用先进、合理、优化的方式提高了运作效率和管理效率，进而大大提高了生产力。采用该系统，不仅实现了黄骅港煤码头运营中各类信息的实时共享，简化了工作流程、规范操作，还打破了原有的港口物流模式。在现代港口竞争因素多元化、港口腹地经济贸易化和港口竞争激烈的今天，优化整个港口的生产作业过程，能大大提高公司的管理水平，提高港口服务质量和服务水平，为强化整体竞争实力提供重要手段，从而为神华集团和港务公司创造更好的经济效益。

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〔编辑：白洁〕