Interbus工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)在大型煤碼頭中的應用

為緩解華東、華南等地區的煤炭能源材料的急缺需求，國家在增加大秦（大同—秦皇島）鐵路運力的同時(shí)，對煤炭港口吞吐量的需求也在加大，秦皇島港為適應煤炭消費市場(chǎng)和保證國民經(jīng)濟高速增長(cháng)的需要，并為適應秦皇島港自身發(fā)展的需要，于2004年8月開(kāi)工建設秦皇島港煤四期擴容工程，該工程擬建3.5萬(wàn)、5萬(wàn)噸級泊位各1個(gè)，設計通過(guò)能力為1500萬(wàn)噸/年。原有煤四期工程于1997年12月建成投產(chǎn)，設計通過(guò)能力為3000萬(wàn)噸/年，共設5條堆場(chǎng)，堆場(chǎng)占地44萬(wàn)平米，堆場(chǎng)容量214萬(wàn)噸，。

煤四期擴容工程堆場(chǎng)位于現煤四期堆場(chǎng)南側，布置3條堆場(chǎng),堆場(chǎng)設備采用兩臺懸臂式堆料機、4臺取料機和堆場(chǎng)皮帶機進(jìn)行裝卸作業(yè)。煤堆底部寬度為56m，堆高17m，堆場(chǎng)長(cháng)度1105m，堆料線(xiàn)和取料線(xiàn)的中心距為73m。堆場(chǎng)占地25.7萬(wàn)平米，堆場(chǎng)容量125萬(wàn)噸。占設計年通過(guò)能力的8.3%。由于堆場(chǎng)面積較大，且煤炭為露天存放，在風(fēng)天和裝卸過(guò)程中容易起塵，造成環(huán)境污染。為抑制堆場(chǎng)煤炭粉塵對港口及周邊環(huán)境的影響，本工程在每條堆場(chǎng)的兩側各設置33個(gè)灑水噴槍?zhuān)g隔34米，共計198個(gè)噴槍?zhuān)瑢Χ褕?chǎng)煤堆進(jìn)行自動(dòng)噴灑作業(yè)，抑制粉塵的產(chǎn)生，減少環(huán)境污染。

系統采用Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，共設有153個(gè)總線(xiàn)控制站，控

制堆場(chǎng)198個(gè)噴槍的自動(dòng)噴灑作業(yè)和轉接機房、碼頭等區域供水設備的信號采集及設備控制。灑水除塵控制系統采用一臺Rockwell公司的Controllogix系列PLC，與兩臺上位監控操作站通過(guò)以太網(wǎng)相連?？刂泣c(diǎn)數約3000點(diǎn)左右。上位監控操作站和PLC設于灑水泵房控制室。

2系統方案確定

由于本工程堆場(chǎng)灑水噴槍站及其它設備控制站153個(gè)，且數量多、分布廣、距離遠，現場(chǎng)作業(yè)環(huán)境惡劣，絕大多數為戶(hù)外露天使用。如采用傳統的PLC遠程站方式控制，在每個(gè)噴槍站單設一個(gè)遠程站，將會(huì )使成本大大提高，另外，PLC模塊的防護等級較低,工作時(shí)溫度范圍一般為00C～400C，難于適應惡劣的現場(chǎng)環(huán)境和秦皇島冬季較低的氣溫（最低－200C）；如把PLC遠程站設于堆場(chǎng)附近的變電所或灑水泵房控制室內，則將耗費大量的控制電纜、電纜橋架，并且極大的增加了敷設電纜及安裝橋架的施工工程量和加大了日后控制電纜的維護工作量,根據設計和計算，僅從堆場(chǎng)附近的變電所引至堆場(chǎng)灑水噴槍站的控制電纜（kvv-14＊2.5）就需約160km左右。

針對上述情況，面對這種設備控制分散、設備布置距離遠、控制點(diǎn)數多的作業(yè)現場(chǎng)，利用PLC遠程站方式難于有效的解決以上在成本、惡劣環(huán)境、冬季低溫及日常維護量大等諸多問(wèn)題。因此，為適應上述工藝要求及現場(chǎng)條件，需設計一種價(jià)格低廉、布線(xiàn)簡(jiǎn)單、維護方便、適應現場(chǎng)環(huán)境、工作安全可靠的控制系統方案。

由德國PhoenixContact公司開(kāi)發(fā)的Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，為上述灑水系統提供了一個(gè)完整的解決方案，如圖1所示。近十多年來(lái)，現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展，對實(shí)現面向設備的自動(dòng)化系統起到了巨大的推動(dòng)作用。大量的現場(chǎng)智能設備可通過(guò)各種途經(jīng)連接到Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )互相通信，實(shí)現智能化現場(chǎng)設備的功能自制性、系統結構的高度分散性以及管控一體化。Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)現已廣泛地應用于汽車(chē)工業(yè)、煙草工業(yè)、物流輸送技術(shù)、造紙、包裝和食品工業(yè)等行業(yè)。1998年成為歐洲標準EN50254，2000年2月成為國際標準IEC61158，2004年末成為中國標準JB10308。至今，全球已有1000多個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供2500多種Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，在世界范圍內已經(jīng)有六百五十萬(wàn)個(gè)節點(diǎn)的成功應用。

Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)在系統布線(xiàn)、診斷和維修上對設計、集成和用戶(hù)都將帶來(lái)方便和收益。

Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)的物理層采用RS485串行通信標準，傳輸介質(zhì)可為屏蔽雙絞線(xiàn)、光纜或紅外線(xiàn)，最多分支達16層。速率固定為500K，采用雙絞線(xiàn)時(shí)，相鄰站點(diǎn)的安全距離為400米。網(wǎng)絡(luò )拓撲結構為樹(shù)型，可連接最多254個(gè)子站，易于擴展、易于分層。采用電纜總線(xiàn)時(shí)無(wú)中繼最長(cháng)可達12公里，同時(shí)各子站無(wú)需編址。根據Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)的諸多特點(diǎn)，在堆場(chǎng)上述控制系統的設計上優(yōu)先選用了Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)，Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)方案能夠較好地解決上述灑水工藝系統所要求的環(huán)境、溫度、成本及維護等方面的問(wèn)題，主要體現在以下幾個(gè)方面：

＊符合國際和國內標準，開(kāi)放的系統，簡(jiǎn)單、易用?？膳c主流PLC相連接（Rockwell/Siemens/Schneider）、易于擴展。

＊傳輸距離遠，兩站之間＜400M，可選用電纜，兩站之間＞400M，而＜2000M可選用光纜。在同一系統中，三種傳輸媒介（雙絞線(xiàn)、光纖、紅外）可以根據需要混合使用，極大滿(mǎn)足了現場(chǎng)的工況需求。

＊強大的診斷功能。獨立的診斷程序提供了詳細的故障信息（故障地址、故障類(lèi)型和故障歷史記錄），診斷寄存器提供了用戶(hù)程序處理故障信息的工具，極大地方便了系統集成和日后維護。

＊Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品溫度范圍廣，可在-250C～+550C之間正常工作，可完全滿(mǎn)足秦皇島地區冬季低溫的工作環(huán)境。

3系統結構

對于系統結構設計，根據本工程灑水工藝系統的特點(diǎn)及Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)勢，依照國際自動(dòng)化技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的發(fā)展趨勢，本著(zhù)系統結構簡(jiǎn)單實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、系統擴展方便、操作安全可靠、易于管理和維護等原則，設計成一個(gè)由計算機、PLC、Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)組成的多級、開(kāi)放式的集散型數據采集和監控管理系統，如圖2所示。