1、工程概況及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

為緩解華東、華南等地區(qū)的煤炭能源材料的急缺需求，國(guó)家在增加大秦（大同—秦皇島）鐵路運(yùn)力的同時(shí)，對(duì)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(fèi)市場(chǎng)和保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)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(kuò)容工程，該工程擬建3.5萬(wàn)、5萬(wàn)噸級(jí)泊位各1個(gè)，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)通過(guò)能力為3000萬(wàn)噸/年，共設(shè)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(kuò)容工程堆場(chǎng)位于現(xiàn)煤四期堆場(chǎng)南側(cè)，布置3條堆場(chǎng)，堆場(chǎng)設(shè)備采用兩臺(tái)懸臂式堆料機(jī)、4臺(tái)取料機(jī)和堆場(chǎng)皮帶機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)。煤堆底部寬度為56m，堆高17m，堆場(chǎng)長(zhǎng)度1105m，堆料線和取料線的中心距為73m。堆場(chǎng)占地25.7萬(wàn)平米，堆場(chǎng)容量125萬(wàn)噸。占設(shè)計(jì)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(duì)港口及周邊環(huán)境的影響，本工程在每條堆場(chǎng)的兩側(cè)各設(shè)置33個(gè)灑水噴槍，間隔34米，共計(jì)198個(gè)噴槍，對(duì)堆場(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(tǒng)采用Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，共設(shè)有153個(gè)總線控制站，控制堆場(chǎng)198個(gè)噴槍的自動(dòng)噴灑作業(yè)和轉(zhuǎn)接機(jī)房、碼頭等區(qū)域供水設(shè)備的信號(hào)采集及設(shè)備控制。灑水除塵控制系統(tǒng)采用一臺(tái)Rockwell公司的Controllogix系列PLC，與兩臺(tái)上位監(jiān)控操作站通過(guò)以太網(wǎng)相連。控制點(diǎn)數(shù)約3000點(diǎn)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(chǎng)灑水噴槍站及其它設(shè)備控制站153個(gè)，且數(shù)量多、分布廣、距離遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)程站方式控制，在每個(gè)噴槍站單設(shè)一個(gè)遠(yuǎn)程站，將會(huì)使成本大大提高，另外，PLC模塊的防護(hù)等級(jí)較低，工作時(shí)溫度范圍一般為00C～400C，難于適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和秦皇島冬季較低的氣溫（最低－200C）；如把PLC遠(yuǎn)程站設(shè)于堆場(chǎng)附近的變電所或?yàn)⑺梅靠刂剖覂?nèi)，則將耗費(fèi)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(hù)工作量，根據(jù)設(shè)計(jì)和計(jì)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(duì)上述情況，面對(duì)這種設(shè)備控制分散、設(shè)備布置距離遠(yuǎn)、控制點(diǎn)數(shù)多的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，利用PLC遠(yuǎn)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(hù)量大等諸多問(wèn)題。因此，為適應(yīng)上述工藝要求及現(xiàn)場(chǎng)條件，需設(shè)計(jì)一種價(jià)格低廉、布線簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、工作安全可靠的控制系統(tǒng)方案。

由德國(guó)PhoenixContact公司開發(fā)的Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為上述灑水系統(tǒng)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(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)面向設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)起到了巨大的推動(dòng)作用。大量的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備可通過(guò)各種途經(jīng)連接到Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互相通信，實(shí)現(xiàn)智能化現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)EN50254，2000年2月成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158，2004年末成為中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)JB10308。至今，全球已有1000多個(gè)生產(chǎn)廠家提供2500多種Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)有六百五十萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)的成功應(yīng)用。

Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線在系統(tǒng)布線、診斷和維修上對(duì)設(shè)計(jì)、集成和用戶都將帶來(lái)方便和收益。

Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層采用RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)，傳輸介質(zhì)可為屏蔽雙絞線、光纜或紅外線，最多分支達(dá)16層。速率固定為500K，采用雙絞線時(shí)，相鄰站點(diǎn)的安全距離為400米。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹型，可連接最多254個(gè)子站，易于擴(kuò)展、易于分層。采用電纜總線時(shí)無(wú)中繼最長(zhǎng)可達(dá)12公里，同時(shí)各子站無(wú)需編址。根據(jù)Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線的諸多特點(diǎn)，在堆場(chǎng)上述控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上優(yōu)先選用了Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線，Interbus現(xiàn)場(chǎng)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(hù)等方面的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

＊符合國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，開放的系統(tǒng)，簡(jiǎn)單、易用。可與主流PLC相連接（Rockwell/Siemens/Schneider）、易于擴(kuò)展。

＊傳輸距離遠(yuǎn)，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(chǎng)的工況需求。

＊強(qiáng)大的診斷功能。獨(dú)立的診斷程序提供了詳細(xì)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(hù)。

＊Interbus現(xiàn)場(chǎng)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(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)本工程灑水工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)及Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)，依照國(guó)際自動(dòng)化技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，本著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)擴(kuò)展方便、操作安全可靠、易于管理和維護(hù)等原則，設(shè)計(jì)成一個(gè)由計(jì)算機(jī)、PLC、Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線組成的多級(jí)、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。

灑水除塵控制系統(tǒng)采用一臺(tái)Rockwell的大型ControllogixPLC作為控制主機(jī)，CPU選用1756-L55M24，配有一個(gè)ControllogixPLC的1756-ENBT以太網(wǎng)接口模塊，用于與上位監(jiān)控操作站的網(wǎng)絡(luò)連接；另配有一個(gè)PhoenixContact的Interbus控制卡SSTIBSCLXRLL，Interbus總線在第一個(gè)站通過(guò)IBSIL24RB-T分枝模塊，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理拓普進(jìn)行樹型分枝，一路控制堆料線堆場(chǎng)的灑水噴槍控制站和卸車線轉(zhuǎn)接機(jī)房加熱器及火災(zāi)報(bào)警控制站（75個(gè)）；另一路分枝總線控制取料線堆場(chǎng)灑水噴槍控制站和裝船線轉(zhuǎn)接機(jī)房加熱器及火災(zāi)報(bào)警控制站（78個(gè)）；每個(gè)控制站配有一個(gè)Interbus總線適配器IBSIL24BK-T/U-PAC和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電源模塊PS240AC/24DC，各控制站視現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)數(shù)的多少，配置不同的I/O，控制站最多的配置為18點(diǎn)輸入，8點(diǎn)輸出；控制站最小的配置為8點(diǎn)輸入。系統(tǒng)共設(shè)有153個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，控制點(diǎn)數(shù)約3000個(gè)。系統(tǒng)所配模塊為PhoenixContact的Inline系列產(chǎn)品，防護(hù)等級(jí)IP20，工作溫度范圍為-250C～+550C，完全適應(yīng)于秦皇島地區(qū)的冬季低溫環(huán)境。所有現(xiàn)場(chǎng)控制站均設(shè)置在防護(hù)等級(jí)為IP65的現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)，可適用于現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。

由于灑水泵房控制室與兩路輸出的現(xiàn)場(chǎng)總線控制站較遠(yuǎn)，均超過(guò)了800M，同時(shí)在裝船線轉(zhuǎn)接機(jī)房至碼頭控制站等三處slave站的相鄰總線距離也超過(guò)了400M，因此，上述四處采用多模玻璃光纖作為傳輸媒介，其它slave站之間的距離都在400M之內(nèi)，所以均采用雙絞線方式傳輸總線數(shù)據(jù)。采用Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線方案所需敷設(shè)的總線電纜約為7km，控制電纜約6km，4芯光纜3km，總計(jì)17km，遠(yuǎn)低于采用PLC系統(tǒng)所需的160km控制電纜。

灑水控制系統(tǒng)通過(guò)Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線可實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)灑水噴槍站的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，每個(gè)灑水噴槍站由一個(gè)電動(dòng)閥和一個(gè)電動(dòng)擺頭組成，根據(jù)Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)闹噶顢?shù)據(jù)自動(dòng)控制噴槍的出水和擺動(dòng)及自動(dòng)拌熱（僅在冬季時(shí)使用）。根據(jù)灑水工藝的要求，自動(dòng)控制每組噴槍的同時(shí)最大使用個(gè)數(shù)為10個(gè)。每組噴槍可自動(dòng)順序切換，每次噴槍噴灑的時(shí)間通過(guò)監(jiān)控操作站可調(diào)，順序噴灑，直至堆場(chǎng)198個(gè)噴槍全部噴灑一遍，完成一個(gè)灑水工作循環(huán)。

灑水系統(tǒng)PLC通過(guò)交換機(jī)與兩臺(tái)上位監(jiān)控操作站連接，監(jiān)控操作站選用西門子公司的工業(yè)PC，型號(hào)為IL40S，配21”液晶彩顯。上位監(jiān)控軟件配置兩套Intouch9.0無(wú)限點(diǎn)運(yùn)行版軟件，完成灑水控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控、灑水狀態(tài)畫面顯示及故障狀態(tài)顯示等功能。灑水控制系統(tǒng)作為整個(gè)煤碼頭控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)經(jīng)交換機(jī)與設(shè)于中央控制室的控制系統(tǒng)服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，輸出堆場(chǎng)灑水系統(tǒng)的運(yùn)行信息，并接受中控系統(tǒng)發(fā)來(lái)的堆場(chǎng)堆料機(jī)和取料機(jī)在堆場(chǎng)的走行位置和煤炭堆垛信息，在自動(dòng)進(jìn)行灑水噴槍操作方式中，當(dāng)可能噴灑到行走機(jī)械時(shí)，或遇堆場(chǎng)無(wú)料堆處，控制系統(tǒng)能自動(dòng)跳過(guò)行走機(jī)械或無(wú)料堆場(chǎng)。

4、結(jié)束語(yǔ)

秦皇島港煤碼頭四期擴(kuò)容工程的灑水控制系統(tǒng)已于2004年10月完成方案設(shè)計(jì)，2005年1月完成全部詳細(xì)施工設(shè)計(jì)，并通過(guò)了由各方專家組成的設(shè)計(jì)審查，現(xiàn)已完成實(shí)驗(yàn)室的軟件編制和系統(tǒng)模擬試驗(yàn)，即將進(jìn)入設(shè)備安裝階段。該工程計(jì)劃于2005年9月投產(chǎn)。通過(guò)Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線在大型煤碼頭堆場(chǎng)灑水的成功設(shè)計(jì)及應(yīng)用，較好地解決了煤碼頭堆場(chǎng)灑水系統(tǒng)所面對(duì)的控制設(shè)備數(shù)量多、分布廣、信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、設(shè)備維護(hù)困難等多種不利因素，是Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)首次在國(guó)內(nèi)港口大型煤碼頭上的應(yīng)用，該系統(tǒng)的建成，使現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在港口、碼頭等領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用，對(duì)同類型散貨碼頭的控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)有著積極的促進(jìn)作用。同時(shí)，對(duì)散貨碼頭輸送工藝系統(tǒng)設(shè)備大規(guī)模采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制產(chǎn)品打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

現(xiàn)場(chǎng)總線經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，技術(shù)已日趨成熟，產(chǎn)品種類繁多。從應(yīng)用的角度看，無(wú)論采用何種總線控制系統(tǒng)，應(yīng)視具體情況而定，從Interbus的發(fā)展歷史和實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看，其靈活的擴(kuò)展性，長(zhǎng)距離傳輸，多種傳輸媒介混用，以及強(qiáng)大的故障診斷功能等特點(diǎn)，在港口散貨碼頭堆場(chǎng)灑水系統(tǒng)及工藝輸送系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

責(zé)任編輯：gt