INTERBUS工業現場總線技術在港口的應用

隨著控制、計算機、通信、網絡的技術的發展，信息的交換領域迅速覆蓋從工廠的現場設備層到控制、管理等各個層次，正逐步形成以網絡集成自動化系統為基礎的企業信息系統。菲尼克斯電氣公司是德國著名的自動化電氣公司，順應這一潮流，成為世界上最早成功開發出工業現場總線的廠家之一，其INTERBUS總線廣泛的應用在汽車、煙草、物流、港口、造紙、食品等各個行業。1998年成為歐洲標準EN50254，2000年2月成為國際標準IEC61158，2004年成為中國標準GB10308。
　　INTERBUS總線在系統的集成、穩定、診斷給用戶帶來極大的方便，很快的得到廣大客戶的支持，并得到廣泛的應用。在世界范圍內擁有650萬個節點的成功應用，并得到各種產品廠商的支持，目前全球有1000多家生產廠商提供2500多中INTERBUS現場總線產品。
　　INTERBUS總線 以ISO/OSI的七層通訊標準模型為參考，總線物理層采用RS485串行通信標準，采用環型數據鏈路，傳輸速率恒定為500K和2M。樹型拓撲結構，可連接254 個子站，易于分層，易于擴展。每兩個子站之間距離可達400米，采用屏蔽雙絞線傳輸時整個系統總長達12.8 公里。而且在同一個系統中，三種傳輸媒介（雙絞線電纜，光纖，紅外）可以根據需要混合使用。尤其值得一提的是，它強大的診斷功能，是INTERBUS區別于其它總線所獨有的。獨立的診斷程序提供了詳細的故障信息（故障地址、故障類型和故障歷史記錄）。其中，準確的故障地址為用戶快速排除故障提供了可能。拓撲圖如下：

　　INTERBUS總線在雙絞線上的差分電壓信號保證了強大的抗干擾性。通過交換專門的狀態信息來檢查相鄰INTERBUS總線設備的連接，作為遠程總線檢查的結果，可從總線電纜的斷裂或接觸不良產生一個相應的錯誤信息。并在數據環中有一個標志性的返回字，總線控制板通過它比較一個掃描周期的時間；同時總線控制板按照該返回字的專門比特序列找出發生在傳輸路徑或總線設備中的錯誤，周期性地對兩個總線設備中的傳輸路徑進行冗余檢查。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，在風天和堆取過程中引起煤塵，造成環境污染。為了抑制煤塵對港口和周邊的環境污染，對該堆場進行灑水除塵。該工程由天津一航院采用INTERBUS系統進行設計，并北京某公司進行系統集成，目前已投入生產之中，取得很好的效益。
　　該項目設計時每條堆場各設置33個灑水噴槍，共計198個噴槍，對堆場進行自動噴灑作業系統采用菲尼克斯的INTERBUS總線，共有153個子站，對噴槍作業和轉接機房碼頭的供水設備的作業進行信號的采集控制。由于本工程的子站數量很多，且分布廣、距離遠、現場作業環境惡劣。該港口由于地處北方，冬天溫度可達零下20度，PLC的防護等級比較低，一般工作溫度為零度之40度，很難滿足現場惡劣環境的要求。如將PLC放在控制室內采用傳統的集中式控制，將耗費大量的控制電纜和電纜橋架，并且極大增加敷設電纜和安裝橋架的工程量，同時給調試帶來很大的不便，并對日后的維護產生很大的困難。
　　針對于上述情況，為了適應現場環境、工藝和便于維護的要求，選擇一種控制子站數目多，布線簡單、維護方便、工作溫度范圍適應現場環境、系統安全可靠，診斷功能強大的系統。INTERBUS系統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，控制子站數目達254個，采用一根總線電纜連接、總傳輸距離長達12.8KM，工作溫度范圍為零下25度到零上55度，對距離800M以外的碼頭供水設備采用光纜進行數據傳輸，強大的診斷功能給維護帶來極大的方便等等優點成為設計師的首選。
　　設計師將該系統設計成由計算機、PLC、INTERBUS現場總線組成的多級、開放式集散數據采集和監控管理系統。該系統采用一臺ROCKWELL的大型CONTROLLOGIX PLC作為主機，CPU為1756-L55M24，配1756-ENBT以太網接口模塊用于上位監控操作站的網絡連接，另采用2只菲尼克斯公司提供的INTERBUS控制卡SST IBS CLX RLL來控制現場I/O的數據。
　　整個系統采用了榮獲歐洲工業設計大獎的INLINE模塊。該系列模塊分為總線偶合器和數字量、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，各種模塊采用側面插接，與常規方式連接可節省70%的安裝時間。并可按照現場的要求任意匹配各種模塊，每個模塊上有診斷指示LED，根據閃爍的頻率可判斷總線故障和外圍的設備故障。該類產品防護等級為IP20，工作溫度范圍為-250C ～+550C，現場將其放入IP67防護等級的控制箱中。

　　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接機房加熱器及火災報警控制站(75個)，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接機房加熱器及火災報警控制站(78個)， 每個控制站配有一個Interbus總線適配器IBS IL 24 BK-T/U-PAC和一個標準電源模塊PS240AC/24DC,各控制站視現場控制點數的多少，配置不同的I/O,控制站最多的配置為16點輸入，8點輸出；控制站最小的配置為8點輸入，系統共設有153個現場控制站，控制點數總共約3000個。
　　由于灑水泵房控制室與兩路輸出的現場總線控制站較遠，均超過了800M，同時在裝船線轉接機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，所以均采用雙絞線方式傳輸總線數據。采用Interbus現場總線方案所需敷設的總線電纜約為7km，控制電纜約6km，4芯光纜3km，總計17km，遠低于采用PLC系統集中式控制所需的控制電纜。
　　灑水控制系統通過Interbus現場總線可實現對每個灑水噴槍站的設備進行自動控制，每個灑水噴槍站由一個電動閥和一個電動擺頭組成，根據Interbus現場總線傳輸的指令數據自動控制噴槍的出水和擺動及自動拌熱(僅在冬季時使用)。根據灑水工藝的要求，自動控制每組噴槍的同時最大使用個數為10個。每組噴槍可自動順序切換,每次噴槍噴灑的時間通過監控操作站可調,順序噴灑,直至堆場198個噴槍全部噴灑一遍，完成一個灑水工作循環。
　　灑水系統PLC通過交換機與兩臺上位監控操作站連接，監控操作站選用工業PC,配液晶彩顯。上位監控軟件配置兩套Intouch9.0無限點運行版軟件，完成灑水控制系統的操作、監控、灑水狀態畫面顯示及故障狀態顯示等功能。灑水控制系統作為整個煤碼頭控制系統的一個子系統經交換機與設于中央控制室的控制系統服務器交換數據，輸出堆場灑水系統的運行信息，并接受中控系統發來的堆場堆料機和取料機在堆場的走行位置和煤炭堆垛信息，在自動進行灑水噴槍操作方式中,當可能噴灑到行走機械時，或遇堆場無料堆處,控制系統能自動跳過行走機械或無料堆場。
　　隨著港口現代化的建設，越來越多的信息化、自動化的系統運用到其中，來自德國菲尼克斯公司提供優秀的全系列自動化產品、優質的售后服務來服務于中國，服務于港口業，在秦皇島、日照等港口已得到了大量的應用，并得到用戶的好評。