INTERBUS工业现场总线技术在港口的应用

随着控制、计算机、通信、网络的技术的发展，信息的交换领域迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理等各个层次，正逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。菲尼克斯电气公司是德国著名的自动化电气公司，顺应这一潮流，成为世界上最早成功开发出工业现场总线的厂家之一，其INTERBUS总线广泛的应用在汽车、烟草、物流、港口、造纸、食品等各个行业。1998年成为欧洲标准EN50254，2000年2月成为国际标准IEC61158，2004年成为中国标准GB10308。
　　INTERBUS总线在系统的集成、稳定、诊断给用户带来极大的方便，很快的得到广大客户的支持，并得到广泛的应用。在世界范围内拥有650万个节点的成功应用，并得到各种产品厂商的支持，目前全球有1000多家生产厂商提供2500多中INTERBUS现场总线产品。
　　INTERBUS总线 以ISO/OSI的七层通讯标准模型为参考，总线物理层采用RS485串行通信标准，采用环型数据链路，传输速率恒定为500K和2M。树型拓扑结构，可连接254 个子站，易于分层，易于扩展。每两个子站之间距离可达400米，采用屏蔽双绞线传输时整个系统总长达12.8 公里。而且在同一个系统中，三种传输媒介（双绞线电缆，光纤，红外）可以根据需要混合使用。尤其值得一提的是，它强大的诊断功能，是INTERBUS区别于其它总线所独有的。独立的诊断程序提供了详细的故障信息（故障地址、故障类型和故障历史记录）。其中，准确的故障地址为用户快速排除故障提供了可能。拓扑图如下：

　　INTERBUS总线在双绞线上的差分电压信号保证了强大的抗干扰性。通过交换专门的状态信息来检查相邻INTERBUS总线设备的连接，作为远程总线检查的结果，可从总线电缆的断裂或接触不良产生一个相应的错误信息。并在数据环中有一个标志性的返回字，总线控制板通过它比较一个扫描周期的时间；同时总线控制板按照该返回字的专门比特序列找出发生在传输路径或总线设备中的错误，周期性地对两个总线设备中的传输路径进行冗余检查。这样似的传输可靠性的得到保障。

　　北方某港口煤场布置了3条堆场，堆场长度为1105M。由于堆场面积很大，煤炭露天存放，在风天和堆取过程中引起煤尘，造成环境污染。为了抑制煤尘对港口和周边的环境污染，对该堆场进行洒水除尘。该工程由天津一航院采用INTERBUS系统进行设计，并北京某公司进行系统集成，目前已投入生产之中，取得很好的效益。
　　该项目设计时每条堆场各设置33个洒水喷枪，共计198个喷枪，对堆场进行自动喷洒作业系统采用菲尼克斯的INTERBUS总线，共有153个子站，对喷枪作业和转接机房码头的供水设备的作业进行信号的采集控制。由于本工程的子站数量很多，且分布广、距离远、现场作业环境恶劣。该港口由于地处北方，冬天温度可达零下20度，PLC的防护等级比较低，一般工作温度为零度之40度，很难满足现场恶劣环境的要求。如将PLC放在控制室内采用传统的集中式控制，将耗费大量的控制电缆和电缆桥架，并且极大增加敷设电缆和安装桥架的工程量，同时给调试带来很大的不便，并对日后的维护产生很大的困难。
　　针对于上述情况，为了适应现场环境、工艺和便于维护的要求，选择一种控制子站数目多，布线简单、维护方便、工作温度范围适应现场环境、系统安全可靠，诊断功能强大的系统。INTERBUS系统除了可以连接菲尼克斯自己的控制器以外，还可以连接ROCKWELL，SIEMENS，SCHNEIDER等公司的PLC，控制子站数目达254个，采用一根总线电缆连接、总传输距离长达12.8KM，工作温度范围为零下25度到零上55度，对距离800M以外的码头供水设备采用光缆进行数据传输，强大的诊断功能给维护带来极大的方便等等优点成为设计师的首选。
　　设计师将该系统设计成由计算机、PLC、INTERBUS现场总线组成的多级、开放式集散数据采集和监控管理系统。该系统采用一台ROCKWELL的大型CONTROLLOGIX PLC作为主机，CPU为1756-L55M24，配1756-ENBT以太网接口模块用于上位监控操作站的网络连接，另采用2只菲尼克斯公司提供的INTERBUS控制卡SST IBS CLX RLL来控制现场I/O的数据。
　　整个系统采用了荣获欧洲工业设计大奖的INLINE模块。该系列模块分为总线偶合器和数字量、模拟量输入输出、电源模块和电源分段模块、特殊功能模块等，工作温度范围为零下25度到零上55度，采用弹簧接线端子和电子模块分开连接，各种模块采用侧面插接，与常规方式连接可节省70%的安装时间。并可按照现场的要求任意匹配各种模块，每个模块上有诊断指示LED，根据闪烁的频率可判断总线故障和外围的设备故障。该类产品防护等级为IP20，工作温度范围为-250C ～+550C，现场将其放入IP67防护等级的控制箱中。

　　第一路Interbus总线通过第一块SST IBS CLX RLL总线控制卡控制堆料线堆场的洒水喷枪控制站和卸车线转接机房加热器及火灾报警控制站(75个)，第二路INTEBUS总线通过另一块SST IBS CLX RLL总线控制卡控制取料线堆场洒水喷枪控制站和装船线转接机房加热器及火灾报警控制站(78个)， 每个控制站配有一个Interbus总线适配器IBS IL 24 BK-T/U-PAC和一个标准电源模块PS240AC/24DC,各控制站视现场控制点数的多少，配置不同的I/O,控制站最多的配置为16点输入，8点输出；控制站最小的配置为8点输入，系统共设有153个现场控制站，控制点数总共约3000个。
　　由于洒水泵房控制室与两路输出的现场总线控制站较远，均超过了800M，同时在装船线转接机房至码头控制站等三处slave站的相邻总线距离也超过了400M，因此，上述四处采用多模玻璃光纤作为传输媒介，其它slave站之间的距离都在400M之内，所以均采用双绞线方式传输总线数据。采用Interbus现场总线方案所需敷设的总线电缆约为7km，控制电缆约6km，4芯光缆3km，总计17km，远低于采用PLC系统集中式控制所需的控制电缆。
　　洒水控制系统通过Interbus现场总线可实现对每个洒水喷枪站的设备进行自动控制，每个洒水喷枪站由一个电动阀和一个电动摆头组成，根据Interbus现场总线传输的指令数据自动控制喷枪的出水和摆动及自动拌热(仅在冬季时使用)。根据洒水工艺的要求，自动控制每组喷枪的同时最大使用个数为10个。每组喷枪可自动顺序切换,每次喷枪喷洒的时间通过监控操作站可调,顺序喷洒,直至堆场198个喷枪全部喷洒一遍，完成一个洒水工作循环。
　　洒水系统PLC通过交换机与两台上位监控操作站连接，监控操作站选用工业PC,配液晶彩显。上位监控软件配置两套Intouch9.0无限点运行版软件，完成洒水控制系统的操作、监控、洒水状态画面显示及故障状态显示等功能。洒水控制系统作为整个煤码头控制系统的一个子系统经交换机与设于中央控制室的控制系统服务器交换数据，输出堆场洒水系统的运行信息，并接受中控系统发来的堆场堆料机和取料机在堆场的走行位置和煤炭堆垛信息，在自动进行洒水喷枪操作方式中,当可能喷洒到行走机械时，或遇堆场无料堆处,控制系统能自动跳过行走机械或无料堆场。
　　随着港口现代化的建设，越来越多的信息化、自动化的系统运用到其中，来自德国菲尼克斯公司提供优秀的全系列自动化产品、优质的售后服务来服务于中国，服务于港口业，在秦皇岛、日照等港口已得到了大量的应用，并得到用户的好评。