秦皇岛港煤四期堆场洒水环保控制系统设计
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作者: 景屹
【摘要】本文介绍了秦皇岛港煤四期堆场洒水控制系统，细致描述了整个系统的架构和主要功能。对Interbus现场总线在其中所起的作用和主要特点进行了分析。
【关键词】堆场洒水；Interbus；港口
一、工程概况
港口堆场上的煤炭或矿石对环境污染现象日益严重，因此，采用高压喷枪定时或及时对煤堆或矿石堆进行洒水是非常有必要的，它既可以防止灰尘的飞扬又可以在夏季时降低煤堆中间的温度防止低燃点煤炭的自燃。
二、系统简介
秦皇岛港煤四期堆场洒水控制系统采用Interbus现场总线控制系统，涉及4个堆场共有185个总线控制站，控制堆场324个喷枪的自动喷洒作业和转接机房、码头和其他区域的供水消防设备的信号采集和设备控制。洒水除尘控制系统采用Rockwell公司的Controllogix PLC，两台上位监控操作站通过以太网通讯。控制点数约3000点左右。上位监控操作站和PLC设于洒水泵房控制室。
三、方案设计
经选择论证，采用德国Phoenix公司开发的Interbus现场总线技术，为堆场洒水系统提供了全套的解决方案。Interbus总线标准是由Phoenix公司提出，通讯速率为恒定500kbit/s，速度较快。3×2芯双绞线最大通讯距离12.8千米，每两个节点间的线缆连接距离不大于400米，当距离大于400米且小于2000米时，可选用4芯多膜光缆，最多分支16层。每一主站的最大I/O能力为4096，最大节点数为256，最大模块512。具有传输距离远、速度快的优点，两种传输媒介（双绞线、光纤）可以根据需要混合使用，极大满足了现场的需求。并可在－25～+55摄氏度之间正常工作，满足秦皇岛港口冬季低温的工作环境。
四、系统结构
1．PLC主控系统。PLC控制系统是整套设备的控制中枢，共需控制324台喷枪和其他设备，点多面广。324台喷枪分布在五条坝基上，其中三条坝基分为南北2条线，每条线36台喷枪，南北相对应的2台喷枪设置一现场I/O控制箱。另外单侧2条线，每条共有36台喷枪，每台喷枪设置一现场I/O控制箱。因此现场共需I/O控制箱180只，均采用防护等级为IP65的产品。每个I/O控制箱有开到位、关到位、摆动正常、阀出错、高低温报警、喷枪站电源、远程/本地、现场手控制喷枪开、关等反馈信号和开阀、关阀、摆动等控制信号。此外还需要添加5条坝基的储水槽控制。每条储水槽有一个进水阀、一个出水阀，可以实现本地和远程控制加排水。因此共需I/O控制箱5只，每个I/O控制箱有进水阀开到位、进水阀关到位、泄水阀开到位、泄水阀关到位、水槽高水位、水槽低水位、低温报警、现场手动控制进水开、现场手动控制进水关、现场手动控制泄水开、现场手动控制泄水关等反馈信号和进水开、进水关、泄水开、泄水关等控制信号。PLC主站采用Rockwell生产的Logix5000系列PLC，主站配有电源模块、CPU模块、以太网模块、堆场用的INTERBUS主站通讯模块等，尺寸小巧，每个控制器允许最多250个通讯连接，可寻址最多128000个离散点或4000个模拟量点，并方便支持EtherNet/IP。
2．控制方式。喷枪的控制方式分为自动、手动、现场手动等三种方式，自动控制方式由预先确定的程序逻辑自动控制，实现自动组合和单点自动循环喷洒功能；手动控制方式在程序逻辑许可的情况下，实现操作人员在上位工控微机上用鼠标操作喷洒功能；现场手动控制方式通过安装在现场I/O控制箱上的转换开关实现现场手动控制功能。
3．通讯线路。INTERBUS总线安装较为灵活且每条链路通讯速度快，为满足设计要求在Logix-5000系列PLC主站上只需增加2个型号为SST-IBS-CLX-RLL 的Interbus主站模块。现场I/O控制箱内的模块均采用PHOENIX生产的远程I/O站模块，每一I/O控制箱配置1套远程I/O站Interbus通讯模块，远程I/O站模块与主站采用Interbus总线连接。共需185套，其中180套控制五条坝基上的324把喷枪，5套控制五条坝基上的水槽进、出水。由于Interbus的传输速率与总线长度无关，传输速率恒定可达500kbit/s。在设计远程I/O站控制箱时，将为远程I/O站单独设置一路空开，使其与喷枪站电源空开分开，并对喷枪站电源进行监控，当需要对喷枪站进行维修时，只关断喷枪站电源而不关断远程I/O站电源，并通过喷枪站电源的监控信号屏蔽操作人员对该喷枪站的操作，以保护人身安全和系统安全。PLC主站和上位监控微机均联接在以太网上，并根据具体设置，能够实现本系统信息传输至公司管理微机，但管理微机不能参与任何控制。本控制系统涉及到5条坝基，坝基总长度约7000米，共7条线，PLC主站与I/O控制箱之间的拓扑结构为总线、分支型，不需要任何中继器，只需要在分支的远程I/O站加装一IBSIL24RB-T-PAC分支模块即可。
4．PLC主站。PLC主站配制如下：
5．系统功能。完成后的系统对喷枪站的操作具有三种模式，分别是自动控制模式、手动控制模式和现场手动控制模式。监控上位微机可分别通过以太网与管理微机、泵房上位微机相连接，并通过以太网与中控PLC的连接，使监控上位微机系统与泵房PLC系统结合成一个整体。从而有效地进行数据采集、数据打印和命令的发布。通过以太网与管理微机连接，可迅速将本系统的信息传输至上级管理微机，供上级管理微机查阅，但上级管理微机不能对泵房PLC进行控制。监控上位机主要设置如下几个画面：操作画面；堆场设备工作状态画面；水槽设备工作状态画面；泵房设备工作状态画面；总线工作状态画面。监控上位机实时监控PLC系统的运行状态，使系统可视直观，人机界面友好，操作状态和数据可长期保留在硬盘等磁介质上。
6．结构总图：
秦皇岛港煤四期基于Interbus现场总线技术的洒水控制系统已在2007年底投入使用，该设计方案较为成功，使用后堆场洒水降尘的效率进一步得到增强。从现场总线，尤其是Interbus现场总线的实际应用效果来看，其强大的扩展性，长距离传输，多种传输媒介混用，以及强大的故障诊断功能等特点，在码头堆场洒水环保系统等领域将大有作为。
参考文献
[1]张浩．Interbus现场总线与工业以太网技术．机械工业出版社
[2]邓李．ControlLogix系统实用手册．机械工业出版社
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