采用INTERBUS總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)港口自動(dòng)噴灑作業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)的發(fā)展，信息的交換領(lǐng)域迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制、管理等各個(gè)層次，正逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)。菲尼克斯電氣公司是德國著名的自動(dòng)化電氣公司，順應(yīng)這一潮流，成為世界上最早成功開發(fā)出工業(yè)現(xiàn)場總線的廠家之一，其INTERBUS總線廣泛的應(yīng)用在汽車、煙草、物流、港口、造紙、食品等各個(gè)行業(yè)。1998年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50254，2000年2月成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158，2004年成為中國標(biāo)準(zhǔn)GB10308。

INTERBUS總線在系統(tǒng)的集成、穩(wěn)定、診斷給用戶帶來極大的方便，很快的得到廣大客戶的支持，并得到廣泛的應(yīng)用。在世界范圍內(nèi)擁有650萬個(gè)節(jié)點(diǎn)的成功應(yīng)用，并得到各種產(chǎn)品廠商的支持，目前全球有1000多家生產(chǎn)廠商提供2500多中INTERBUS現(xiàn)場總線產(chǎn)品。

INTERBUS總線 以ISO/OSI的七層通訊標(biāo)準(zhǔn)模型為參考，總線物理層采用RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)，采用環(huán)型數(shù)據(jù)鏈路，傳輸速率恒定為500K和2M。樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可連接254 個(gè)子站，易于分層，易于擴(kuò)展。每兩個(gè)子站之間距離可達(dá)400米，采用屏蔽雙絞線傳輸時(shí)整個(gè)系統(tǒng)總長達(dá)12.8 公里。而且在同一個(gè)系統(tǒng)中，三種傳輸媒介（雙絞線電纜，光纖，紅外）可以根據(jù)需要混合使用。尤其值得一提的是，它強(qiáng)大的診斷功能，是INTERBUS區(qū)別于其它總線所獨(dú)有的。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）。其中，準(zhǔn)確的故障地址為用戶快速排除故障提供了可能。拓?fù)鋱D如下：

INTERBUS總線在雙絞線上的差分電壓信號保證了強(qiáng)大的抗干擾性。通過交換專門的狀態(tài)信息來檢查相鄰INTERBUS總線設(shè)備的連接，作為遠(yuǎn)程總線檢查的結(jié)果，可從總線電纜的斷裂或接觸不良產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的錯(cuò)誤信息。并在數(shù)據(jù)環(huán)中有一個(gè)標(biāo)志性的返回字，總線控制板通過它比較一個(gè)掃描周期的時(shí)間；同時(shí)總線控制板按照該返回字的專門比特序列找出發(fā)生在傳輸路徑或總線設(shè)備中的錯(cuò)誤，周期性地對兩個(gè)總線設(shè)備中的傳輸路徑進(jìn)行冗余檢查。這樣似的傳輸可靠性的得到保障。

北方某港口煤場布置了3條堆場，堆場長度為1105M。由于堆場面積很大，煤炭露天存放，在風(fēng)天和堆取過程中引起煤塵，造成環(huán)境污染。為了抑制煤塵對港口和周邊的環(huán)境污染，對該堆場進(jìn)行灑水除塵。該工程由天津一航院采用INTERBUS系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并北京某公司進(jìn)行系統(tǒng)集成，目前已投入生產(chǎn)之中，取得很好的效益。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)每條堆場各設(shè)置33個(gè)灑水噴槍，共計(jì)198個(gè)噴槍，對堆場進(jìn)行自動(dòng)噴灑作業(yè)系統(tǒng)采用菲尼克斯的INTERBUS總線，共有153個(gè)子站，對噴槍作業(yè)和轉(zhuǎn)接機(jī)房碼頭的供水設(shè)備的作業(yè)進(jìn)行信號的采集控制。由于本工程的子站數(shù)量很多，且分布廣、距離遠(yuǎn)、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣。該港口由于地處北方，冬天溫度可達(dá)零下20度，PLC的防護(hù)等級比較低，一般工作溫度為零度之40度，很難滿足現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。如將PLC放在控制室內(nèi)采用傳統(tǒng)的集中式控制，將耗費(fèi)大量的控制電纜和電纜橋架，并且極大增加敷設(shè)電纜和安裝橋架的工程量，同時(shí)給調(diào)試帶來很大的不便，并對日后的維護(hù)產(chǎn)生很大的困難。

針對于上述情況，為了適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、工藝和便于維護(hù)的要求，選擇一種控制子站數(shù)目多，布線簡單、維護(hù)方便、工作溫度范圍適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、系統(tǒng)安全可靠，診斷功能強(qiáng)大的系統(tǒng)。INTERBUS系統(tǒng)除了可以連接菲尼克斯自己的控制器以外，還可以連接ROCKWELL，SIEMENS，SCHNEIDER等公司的PLC，控制子站數(shù)目達(dá)254個(gè)，采用一根總線電纜連接、總傳輸距離長達(dá)12.8KM，工作溫度范圍為零下25度到零上55度，對距離800M以外的碼頭供水設(shè)備采用光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，強(qiáng)大的診斷功能給維護(hù)帶來極大的方便等等優(yōu)點(diǎn)成為設(shè)計(jì)師的首選。

設(shè)計(jì)師將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成由計(jì)算機(jī)、PLC、INTERBUS現(xiàn)場總線組成的多級、開放式集散數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一臺ROCKWELL的大型CONTROLLOGIX PLC作為主機(jī)，CPU為1756-L55M24，配1756-ENBT以太網(wǎng)接口模塊用于上位監(jiān)控操作站的網(wǎng)絡(luò)連接，另采用2只菲尼克斯公司提供的INTERBUS控制卡SST IBS CLX RLL來控制現(xiàn)場I/O的數(shù)據(jù)。

整個(gè)系統(tǒng)采用了榮獲歐洲工業(yè)設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)的INLINE模塊。該系列模塊分為總線偶合器和數(shù)字量、模擬量輸入輸出、電源模塊和電源分段模塊、特殊功能模塊等，工作溫度范圍為零下25度到零上55度，采用彈簧接線端子和電子模塊分開連接，各種模塊采用側(cè)面插接，與常規(guī)方式連接可節(jié)省70%的安裝時(shí)間。并可按照現(xiàn)場的要求任意匹配各種模塊，每個(gè)模塊上有診斷指示LED，根據(jù)閃爍的頻率可判斷總線故障和外圍的設(shè)備故障。該類產(chǎn)品防護(hù)等級為IP20，工作溫度范圍為-250C ～+550C，現(xiàn)場將其放入IP67防護(hù)等級的控制箱中。

第一路Interbus總線通過第一塊SST IBS CLX RLL總線控制卡控制堆料線堆場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)），第二路INTEBUS總線通過另一塊SST IBS CLX RLL總線控制卡控制取料線堆場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IBS IL 24 BK-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16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)場控制站，控制點(diǎn)數(shù)總共約3000個(gè)。

由于灑水泵房控制室與兩路輸出的現(xiàn)場總線控制站較遠(yuǎn)，均超過了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)集中式控制所需的控制電纜。

灑水控制系統(tǒng)通過Interbus現(xiàn)場總線可實(shí)現(xiàn)對每個(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)間通過監(jiān)控操作站可調(diào)，順序噴灑，直至堆場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通過交換機(jī)與兩臺上位監(jiān)控操作站連接，監(jiān)控操作站選用工業(yè)PC，配液晶彩顯。上位監(jiān)控軟件配置兩套Intouch9.0無限點(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)，輸出堆場灑水系統(tǒng)的運(yùn)行信息，并接受中控系統(tǒng)發(fā)來的堆場堆料機(jī)和取料機(jī)在堆場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)，或遇堆場無料堆處，控制系統(tǒng)能自動(dòng)跳過行走機(jī)械或無料堆場。

隨著港口現(xiàn)代化的建設(shè)，越來越多的信息化、自動(dòng)化的系統(tǒng)運(yùn)用到其中，來自德國菲尼克斯公司提供優(yōu)秀的全系列自動(dòng)化產(chǎn)品、優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)來服務(wù)于中國，服務(wù)于港口業(yè)，在秦皇島、日照等港口已得到了大量的應(yīng)用，并得到用戶的好評。

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