秦皇島港煤四期堆場灑水環保控制系統設計

【摘要】本文介紹了秦皇島港煤四期堆場灑水控制系統，細致描述了整個系統的架構和主要功能。對Interbus現場總線在其中所起的作用和主要特點進行了分析。

【關鍵詞】堆場灑水；Interbus；港口

一、工程概況

港口堆場上的煤炭或礦石對環境污染現象日益嚴重，因此，采用高壓噴槍定時或及時對煤堆或礦石堆進行灑水是非常有必要的，它既可以防止灰塵的飛揚又可以在夏季時降低煤堆中間的溫度防止低燃點煤炭的自燃。

二、系統簡介

秦皇島港煤四期堆場灑水控制系統采用Interbus現場總線控制系統，涉及4個堆場共有185個總線控制站，控制堆場324個噴槍的自動噴灑作業和轉接機房、碼頭和其他區域的供水消防設備的信號采集和設備控制。灑水除塵控制系統采用Rockwell公司的Controllogix PLC，兩臺上位監控操作站通過以太網通訊。控制點數約3000點左右。上位監控操作站和PLC設于灑水泵房控制室。

三、方案設計

經選擇論證，采用德國Phoenix公司開發的Interbus現場總線技術，為堆場灑水系統提供了全套的解決方案。Interbus總線標準是由Phoenix公司提出，通訊速率為恒定500kbit/s，速度較快。3×2芯雙絞線最大通訊距離12.8千米，每兩個節點間的線纜連接距離不大于400米，當距離大于400米且小于2000米時，可選用4芯多膜光纜，最多分支16層。每一主站的最大I/O能力為4096，最大節點數為256，最大模塊512。具有傳輸距離遠、速度快的優點，兩種傳輸媒介（雙絞線、光纖）可以根據需要混合使用，極大滿足了現場的需求。并可在－25～+55攝氏度之間正常工作，滿足秦皇島港口冬季低溫的工作環境。

四、系統結構

1．PLC主控系統。PLC控制系統是整套設備的控制中樞，共需控制324臺噴槍和其他設備，點多面廣。324臺噴槍分布在五條壩基上，其中三條壩基分為南北2條線，每條線36臺噴槍，南北相對應的2臺噴槍設置一現場I/O控制箱。另外單側2條線，每條共有36臺噴槍，每臺噴槍設置一現場I/O控制箱。因此現場共需I/O控制箱180只，均采用防護等級為IP65的產品。每個I/O控制箱有開到位、關到位、擺動正常、閥出錯、高低溫報警、噴槍站電源、遠程/本地、現場手控制噴槍開、關等反饋信號和開閥、關閥、擺動等控制信號。此外還需要添加5條壩基的儲水槽控制。每條儲水槽有一個進水閥、一個出水閥，可以實現本地和遠程控制加排水。因此共需I/O控制箱5只，每個I/O控制箱有進水閥開到位、進水閥關到位、泄水閥開到位、泄水閥關到位、水槽高水位、水槽低水位、低溫報警、現場手動控制進水開、現場手動控制進水關、現場手動控制泄水開、現場手動控制泄水關等反饋信號和進水開、進水關、泄水開、泄水關等控制信號。PLC主站采用Rockwell生產的Logix5000系列PLC，主站配有電源模塊、CPU模塊、以太網模塊、堆場用的INTERBUS主站通訊模塊等，尺寸小巧，每個控制器允許最多250個通訊連接，可尋址最多128000個離散點或4000個模擬量點，并方便支持EtherNet/IP。

2．控制方式。噴槍的控制方式分為自動、手動、現場手動等三種方式，自動控制方式由預先確定的程序邏輯自動控制，實現自動組合和單點自動循環噴灑功能；手動控制方式在程序邏輯許可的情況下，實現操作人員在上位工控微機上用鼠標操作噴灑功能；現場手動控制方式通過安裝在現場I/O控制箱上的轉換開關實現現場手動控制功能。

3．通訊線路。INTERBUS總線安裝較為靈活且每條鏈路通訊速度快，為滿足設計要求在Logix-5000系列PLC主站上只需增加2個型號為SST-IBS-CLX-RLL 的Interbus主站模塊。現場I/O控制箱內的模塊均采用PHOENIX生產的遠程I/O站模塊，每一I/O控制箱配置1套遠程I/O站Interbus通訊模塊，遠程I/O站模塊與主站采用Interbus總線連接。共需185套，其中180套控制五條壩基上的324把噴槍，5套控制五條壩基上的水槽進、出水。由于Interbus的傳輸速率與總線長度無關，傳輸速率恒定可達500kbit/s。在設計遠程I/O站控制箱時，將為遠程I/O站單獨設置一路空開，使其與噴槍站電源空開分開，并對噴槍站電源進行監控，當需要對噴槍站進行維修時，只關斷噴槍站電源而不關斷遠程I/O站電源，并通過噴槍站電源的監控信號屏蔽操作人員對該噴槍站的操作，以保護人身安全和系統安全。PLC主站和上位監控微機均聯接在以太網上，并根據具體設置，能夠實現本系統信息傳輸至公司管理微機，但管理微機不能參與任何控制。本控制系統涉及到5條壩基，壩基總長度約7000米，共7條線，PLC主站與I/O控制箱之間的拓撲結構為總線、分支型，不需要任何中繼器，只需要在分支的遠程I/O站加裝一IBSIL24RB-T-PAC分支模塊即可。

4．PLC主站。PLC主站配制如下：

5．系統功能。完成后的系統對噴槍站的操作具有三種模式，分別是自動控制模式、手動控制模式和現場手動控制模式。監控上位微機可分別通過以太網與管理微機、泵房上位微機相連接，并通過以太網與中控PLC的連接，使監控上位微機系統與泵房PLC系統結合成一個整體。從而有效地進行數據采集、數據打印和命令的發布。通過以太網與管理微機連接，可迅速將本系統的信息傳輸至上級管理微機，供上級管理微機查閱，但上級管理微機不能對泵房PLC進行控制。監控上位機主要設置如下幾個畫面：操作畫面；堆場設備工作狀態畫面；水槽設備工作狀態畫面；泵房設備工作狀態畫面；總線工作狀態畫面。監控上位機實時監控PLC系統的運行狀態，使系統可視直觀，人機界面友好，操作狀態和數據可長期保留在硬盤等磁介質上。

6．結構總圖：

秦皇島港煤四期基于Interbus現場總線技術的灑水控制系統已在2007年底投入使用，該設計方案較為成功，使用后堆場灑水降塵的效率進一步得到增強。從現場總線，尤其是Interbus現場總線的實際應用效果來看，其強大的擴展性，長距離傳輸，多種傳輸媒介混用，以及強大的故障診斷功能等特點，在碼頭堆場灑水環保系統等領域將大有作為。

參考文獻

[1]張浩．Interbus現場總線與工業以太網技術．機械工業出版社

[2]鄧李．ControlLogix系統實用手冊．機械工業出版社