對遠距離分散生產實現集中控制的一種方案

王英 唐銀鋼鐵有限公司

隨著工業自動化技術的不斷進步，在現代化工廠中，早已經告別了過去原始落后的生產方式，對生產過程的監控、管理，基本都可以由操作人員在中控室通過電腦畫面完成，人不需要去現場，大大提高了生產效率和安全性，降低了人力成本，提高了企業利潤。

在實際的生產當中，一個完整的生產過程由許多環節組成，每個生產環節在位置上往往并不集中，而是分散開來，相距甚遠。那么如何對這些生產實現集中控制呢？本文給出一種設計方案。

由于距離過遠，使用信號電纜將現場所有設備連接到一個PLC站顯然是不可行的。以工控中常用的電流型模擬量信號為例，信號輸出端的負載能力必須大于信號輸入端的內阻與傳輸線的電阻之和，傳輸距離過長必然會造成信號衰減，而且極易引入干擾，造成數據偏差過大，甚至完全沒有信號。而大量的電纜使用所造成的成本問題，也是無法承受的。因此，必須采用分站接入，集中控制的方式。在每個生產現場布置一個PLC分站，這個分站具備獨立運行和通訊的能力，再將各個分站通過光纖通訊匯集到中控。這樣就可以實現一個中控室控制整個生產流程。

這個方案具有如下優點：

（1）系統穩定。由于對各處生產現場實行分站控制，因此信號線路路徑短，不易受干擾，信號時延小響應及時。而光纖通訊即使距離較遠，也能保證信號質量，以及充裕的帶寬，不會造成通信堵塞。

（2）易于施工和維護。各個分站彼此獨立運行，互不干擾。即使某個分站故障，其他分站不受影響。分站設置在生產現場，布線非常方便，線路清晰易于以后排查故障。光纖通訊線路使用一根光纖即可，便于施工。

（3）系統成本較低。由于采用光纖通訊，節省了大量電纜投入，并且集中控制方式節省了大量人力物力。

下面以一個燒結廠為例，詳細介紹此方案。

燒結是為高爐冶煉提供“精料”的一種加工方法。目前燒結廠普遍使用帶式燒結機，組成環節包括上料系統、配料室配料系統、一次混合、二次混合（也叫制粒）、燒結、環冷、篩分系統，以及余熱回收（包括軟化水設備）、循環水、煤氣預熱爐、除塵、環保脫硫等輔助設備。

生產過程比較復雜，因此燒結廠占地面積較大。按照生產流程和位置，設置預配料，配料，燒結，冷篩，余熱回收，主排，脫硫，共7個PLC分站。各分站使用AB系列PLC模塊建站。CPU模塊選用1756-L61，通訊模塊選用1756-ENBT，光纖收發器使用TP-LINK千兆單模單纖收發器TL-FC311A-3型，傳輸距離可達3公里，完全滿足燒結廠使用需求。中控室使用一臺思科SG95-24-CN型全千兆24口交換機，用以連接各個分站通訊，以及上位機的接入，組建控制網絡。

結構框圖如下：

這樣的系統設置，不僅能夠滿足目前的生產需求，而且未來如果需要對某些生產環節進行升級改造，也會非常方便，結構清晰，易于施工。

如果對系統的抗風險能力有進一步要求，可以給每個分站鋪設兩根光纖，并且走不同路徑。一根正常使用，一根應急備用，以防因意外導致光纖故障時，可以馬上啟用備用光纖，迅速恢復通訊，避免長時間延誤給生產造成損失。

如果需要增加監控設備，可以在每個分站增設一臺POE交換機，使用網絡攝像頭，通過與PLC共用的光纖將視頻信號傳輸到中控室。成本低廉，監控效果好，而且不易受干擾，易于維護。