Interbus工業(yè)現(xiàn)場總線在大型煤碼頭中的應(yīng)用

為緩解華東、華南等地區(qū)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，對煤炭港口吞吐量的需求也在加大，秦皇島港為適應(yīng)煤炭消費市場和保證國民經(jīng)濟高速增長的需要，并為適應(yīng)秦皇島港自身發(fā)展的需要，于2004年8月開工建設(shè)秦皇島港煤四期擴容工程，該工程擬建3.5萬、5萬噸級泊位各1個，設(shè)計通過能力為1500萬噸/年。原有煤四期工程于1997年12月建成投產(chǎn)，設(shè)計通過能力為3000萬噸/年，共設(shè)5條堆場，堆場占地44萬平米，堆場容量214萬噸，。

煤四期擴容工程堆場位于現(xiàn)煤四期堆場南側(cè)，布置3條堆場,堆場設(shè)備采用兩臺懸臂式堆料機、4臺取料機和堆場皮帶機進行裝卸作業(yè)。煤堆底部寬度為56m，堆高17m，堆場長度1105m，堆料線和取料線的中心距為73m。堆場占地25.7萬平米，堆場容量125萬噸。占設(shè)計年通過能力的8.3%。由于堆場面積較大，且煤炭為露天存放，在風(fēng)天和裝卸過程中容易起塵，造成環(huán)境污染。為抑制堆場煤炭粉塵對港口及周邊環(huán)境的影響，本工程在每條堆場的兩側(cè)各設(shè)置33個灑水噴槍，間隔34米，共計198個噴槍，對堆場煤堆進行自動噴灑作業(yè)，抑制粉塵的產(chǎn)生，減少環(huán)境污染。

系統(tǒng)采用Interbus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，共設(shè)有153個總線控制站，控

制堆場198個噴槍的自動噴灑作業(yè)和轉(zhuǎn)接機房、碼頭等區(qū)域供水設(shè)備的信號采集及設(shè)備控制。灑水除塵控制系統(tǒng)采用一臺Rockwell公司的Controllogix系列PLC，與兩臺上位監(jiān)控操作站通過以太網(wǎng)相連?？刂泣c數(shù)約3000點左右。上位監(jiān)控操作站和PLC設(shè)于灑水泵房控制室。

2系統(tǒng)方案確定

由于本工程堆場灑水噴槍站及其它設(shè)備控制站153個，且數(shù)量多、分布廣、距離遠，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，絕大多數(shù)為戶外露天使用。如采用傳統(tǒng)的PLC遠程站方式控制，在每個噴槍站單設(shè)一個遠程站，將會使成本大大提高，另外，PLC模塊的防護等級較低,工作時溫度范圍一般為00C～400C，難于適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境和秦皇島冬季較低的氣溫（最低－200C）；如把PLC遠程站設(shè)于堆場附近的變電所或灑水泵房控制室內(nèi)，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(shè)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(jù)設(shè)計和計算，僅從堆場附近的變電所引至堆場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(shè)備控制分散、設(shè)備布置距離遠、控制點數(shù)多的作業(yè)現(xiàn)場，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題。因此，為適應(yīng)上述工藝要求及現(xiàn)場條件，需設(shè)計一種價格低廉、布線簡單、維護方便、適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、工作安全可靠的控制系統(tǒng)方案。

由德國PhoenixContact公司開發(fā)的Interbus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為上述灑水系統(tǒng)提供了一個完整的解決方案，如圖1所示。近十多年來，現(xiàn)場總線的發(fā)展，對實現(xiàn)面向設(shè)備的自動化系統(tǒng)起到了巨大的推動作用。大量的現(xiàn)場智能設(shè)備可通過各種途經(jīng)連接到Interbus現(xiàn)場總線上，通過網(wǎng)絡(luò)互相通信，實現(xiàn)智能化現(xiàn)場設(shè)備的功能自制性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性以及管控一體化。Interbus現(xiàn)場總線現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于汽車工業(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多個生產(chǎn)廠家提供2500多種Interbus現(xiàn)場總線產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)有六百五十萬個節(jié)點的成功應(yīng)用。

Interbus現(xiàn)場總線在系統(tǒng)布線、診斷和維修上對設(shè)計、集成和用戶都將帶來方便和收益。

Interbus現(xiàn)場總線的物理層采用RS485串行通信標準，傳輸介質(zhì)可為屏蔽雙絞線、光纜或紅外線，最多分支達16層。速率固定為500K，采用雙絞線時，相鄰站點的安全距離為400米。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為樹型，可連接最多254個子站，易于擴展、易于分層。采用電纜總線時無中繼最長可達12公里，同時各子站無需編址。根據(jù)Interbus現(xiàn)場總線的諸多特點，在堆場上述控制系統(tǒng)的設(shè)計上優(yōu)先選用了Interbus現(xiàn)場總線，Interbus現(xiàn)場總線方案能夠較好地解決上述灑水工藝系統(tǒng)所要求的環(huán)境、溫度、成本及維護等方面的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

＊符合國際和國內(nèi)標準，開放的系統(tǒng)，簡單、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(tǒng)中，三種傳輸媒介（雙絞線、光纖、紅外）可以根據(jù)需要混合使用，極大滿足了現(xiàn)場的工況需求。

＊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、故障類型和故障歷史記錄），診斷寄存器提供了用戶程序處理故障信息的工具，極大地方便了系統(tǒng)集成和日后維護。

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

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)本工程灑水工藝系統(tǒng)的特點及Interbus現(xiàn)場總線的優(yōu)勢，依照國際自動化技術(shù)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，本著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單實用、技術(shù)先進、系統(tǒng)擴展方便、操作安全可靠、易于管理和維護等原則，設(shè)計成一個由計算機、PLC、Interbus現(xiàn)場總線組成的多級、開放式的集散型數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理系統(tǒng)，如圖2所示。