摘要：本文介紹了Interbus工業(yè)現(xiàn)場總線在秦皇島港煤四期擴(kuò)容工程堆場灑水系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。詳細(xì)描述了系統(tǒng)的架構(gòu)，主要功能，現(xiàn)場總線的主要特點(diǎn)與長距離、大面積的灑水系統(tǒng)的巧妙結(jié)合。既滿足了工藝的要求，又提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性。
關(guān)鍵詞：Interbus； 碼頭；控制系統(tǒng)；灑水
Abstract: This paper mainly introduce the Interbus application as a successful solution of watering control system at QinHuangDao Coal Terminal. Here the main functions and system schedule will be described.In order to meet the requirement of process and update the economic,reliable and maintenance character of whole system, the fieldbus system has been adopted and met the on-site characters of long-distance, big-area .
Key words: Interbus, Coal Terminal, Control System, Spray Watering

1 工程概況及系統(tǒng)簡介
為緩解華東、華南等地區(qū)的煤炭能源材料的急缺需求，國家在增加大秦（大同—秦皇島）鐵路運(yùn)力的同時(shí)，對煤炭港口吞吐量的需求也在加大，秦皇島港為適應(yīng)煤炭消費(fèi)市場和保證國民經(jīng)濟(jì)高速增長的需要，并為適應(yīng)秦皇島港自身發(fā)展的需要，于2004年8月開工建設(shè)秦皇島港煤四期擴(kuò)容工程，該工程擬建3.5萬、5萬噸級泊位各1個(gè)，設(shè)計(jì)通過能力為1500萬噸/年。原有煤四期工程于1997年12月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)通過能力為3000萬噸/年，共設(shè)5條堆場，堆場占地44萬平米，堆場容量214萬噸，。
煤四期擴(kuò)容工程堆場位于現(xiàn)煤四期堆場南側(cè)，布置3條堆場,堆場設(shè)備采用兩臺懸臂式堆料機(jī)、4臺取料機(jī)和堆場皮帶機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)。煤堆底部寬度為56m，堆高17m，堆場長度1105m，堆料線和取料線的中心距為73m。堆場占地25.7萬平米，堆場容量125萬噸。占設(shè)計(jì)年通過能力的8.3%。由于堆場面積較大，且煤炭為露天存放，在風(fēng)天和裝卸過程中容易起塵，造成環(huán)境污染。為抑制堆場煤炭粉塵對港口及周邊環(huán)境的影響，本工程在每條堆場的兩側(cè)各設(shè)置33個(gè)灑水噴槍，間隔34米，共計(jì)198個(gè)噴槍，對堆場煤堆進(jìn)行自動(dòng)噴灑作業(yè)，抑制粉塵的產(chǎn)生，減少環(huán)境污染。
系統(tǒng)采用Interbus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，共設(shè)有153個(gè)總線控制站，控制堆場198個(gè)噴槍的自動(dòng)噴灑作業(yè)和轉(zhuǎn)接機(jī)房、碼頭等區(qū)域供水設(shè)備的信號采集及設(shè)備控制。灑水除塵控制系統(tǒng)采用一臺Rockwell公司的Controllogix 系列PLC，與兩臺上位監(jiān)控操作站通過以太網(wǎng)相連。控制點(diǎn)數(shù)約3000點(diǎn)左右。上位監(jiān)控操作站和PLC設(shè)于灑水泵房控制室。

2 系統(tǒng)方案確定
由于本工程堆場灑水噴槍站及其它設(shè)備控制站153個(gè)，且數(shù)量多、分布廣、距離遠(yuǎn)，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，絕大多數(shù)為戶外露天使用。如采用傳統(tǒng)的PLC遠(yuǎn)程站方式控制，在每個(gè)噴槍站單設(shè)一個(gè)遠(yuǎn)程站，將會(huì)使成本大大提高，另外，PLC模塊的防護(hù)等級較低,工作時(shí)溫度范圍一般為00C ～400C，難于適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境和秦皇島冬季較低的氣溫(最低－200C)；如把PLC遠(yuǎn)程站設(shè)于堆場附近的變電所或?yàn)⑺梅靠刂剖覂?nèi)，則將耗費(fèi)大量的控制電纜、電纜橋架，并且極大的增加了敷設(shè)電纜及安裝橋架的施工工程量和加大了日后控制電纜的維護(hù)工作量,根據(jù)設(shè)計(jì)和計(jì)算，僅從堆場附近的變電所引至堆場灑水噴槍站的控制電纜(kvv-14*2.5)就需約160km左右。
針對上述情況，面對這種設(shè)備控制分散、設(shè)備布置距離遠(yuǎn)、控制點(diǎn)數(shù)多的作業(yè)現(xiàn)場，利用PLC遠(yuǎn)程站方式難于有效的解決以上在成本、惡劣環(huán)境、冬季低溫及日常維護(hù)量大等諸多問題。因此，為適應(yīng)上述工藝要求及現(xiàn)場條件，需設(shè)計(jì)一種價(jià)格低廉、布線簡單、維護(hù)方便、適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境、工作安全可靠的控制系統(tǒng)方案。
由德國PhoenixContact公司開發(fā)的Interbus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為上述灑水系統(tǒng)提供了一個(gè)完整的解決方案，如圖1所示。近十多年來，現(xiàn)場總線的發(fā)展，對實(shí)現(xiàn)面向設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)起到了巨大的推動(dòng)作用。大量的現(xiàn)場智能設(shè)備可通過各種途經(jīng)連接到Interbus現(xiàn)場總線上，通過網(wǎng)絡(luò)互相通信，實(shí)現(xiàn)智能化現(xiàn)場設(shè)備的功能自制性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性以及管控一體化。Interbus現(xiàn)場總線現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于汽車工業(yè)、煙草工業(yè)、物流輸送技術(shù)、造紙、包裝和食品工業(yè)等行業(yè)。1998年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50254，2000年2月成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158，2004年末成為中國標(biāo)準(zhǔn)JB10308。至今，全球已有1000多個(gè)生產(chǎn)廠家提供2500多種Interbus現(xiàn)場總線產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)有六百五十萬個(gè)節(jié)點(diǎn)的成功應(yīng)用。Interbus現(xiàn)場總線在系統(tǒng)布線、診斷和維修上對設(shè)計(jì)、集成和用戶都將帶來方便和收益。
Interbus現(xiàn)場總線的物理層采用RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)，傳輸介質(zhì)可為屏蔽雙絞線、光纜或紅外線，最多分支達(dá)16層。速率固定為500K，采用雙絞線時(shí)，

相鄰站點(diǎn)的安全距離為400米。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹型，可連接最多254 個(gè)子站，易于擴(kuò)展、易于分層。采用電纜總線時(shí)無中繼最長可達(dá)12公里，同時(shí)各子站無需編址。根據(jù)Interbus現(xiàn)場總線的諸多特點(diǎn)，在堆場上述控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上優(yōu)先選用了Interbus現(xiàn)場總線，Interbus現(xiàn)場總線方案能夠較好地解決上述灑水工藝系統(tǒng)所要求的環(huán)境、溫度、成本及維護(hù)等方面的問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
Ø 符合國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，開放的系統(tǒng)，簡單、易用。可與主流PLC相連接（Rockwell/Siemens/Schneider）、易于擴(kuò)展。
Ø 傳輸距離遠(yuǎn)，兩站之間＜400M，可選用電纜，兩站之間＞400M，而＜2000M可選用光纜。在同一系統(tǒng)中，三種傳輸媒介（雙絞線、光纖、紅外）可以根據(jù)需要混合使用，極大滿足了現(xiàn)場的工況需求。
Ø 強(qiáng)大的診斷功能。獨(dú)立的診斷程序提供了詳細(xì)的故障信息（故障地址、故障類型和故障歷史記錄），診斷寄存器提供了用戶程序處理故障信息的工具，極大地方便了系統(tǒng)集成和日后維護(hù)。
Ø Interbus現(xiàn)場總線產(chǎn)品溫度范圍廣，可在-250C ～+550C之間正常工作，可完全滿足秦皇島地區(qū)冬季低溫的工作環(huán)境。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
對于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)本工程灑水工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)及Interbus現(xiàn)場總線的優(yōu)勢，依照國際自動(dòng)化技術(shù)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，本著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)擴(kuò)展方便、操作安全可靠、易于管理和維護(hù)等原則，設(shè)計(jì)成一個(gè)由計(jì)算機(jī)、PLC、Interbus現(xiàn)場總線組成的多級、開放式的集散型數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理系統(tǒng)，如圖2所示。
灑水除塵控制系統(tǒng)采用一臺Rockwell的大型Controllogix PLC作為控制主機(jī)，CPU選用1756-L55M24,配有一個(gè)Controllogix PLC的1756-ENBT以太網(wǎng)接口模塊，用于與上位監(jiān)控操作站的網(wǎng)絡(luò)連接；另配有一個(gè)PhoenixContact的Interbus控制卡SST IBS CLX RLL，Interbus總線在第一個(gè)站通過IBS IL 24 RB-T分枝模塊，對網(wǎng)絡(luò)的物理拓普進(jìn)行樹型分枝，一路控制堆料線堆場的灑水噴槍控制站和卸車線轉(zhuǎn)接機(jī)房加熱器及火災(zāi)報(bào)警控制站(75個(gè))；另一路分枝總線控制取料線堆場灑水噴槍控制站和裝船線轉(zhuǎn)接機(jī)房加熱器及火災(zāi)報(bào)警控制站(78個(gè))；每個(gè)控制站配有一個(gè)Interbus總線適配器IBS IL 24 BK-T/U-PAC和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電源模塊PS240AC/24DC,各控制站視現(xiàn)場控制點(diǎn)數(shù)的多少，配置不同的I/O,控制站最多的配置為18點(diǎn)輸入，8點(diǎn)輸出；控制站最小的配置為8點(diǎn)輸入。系統(tǒng)共設(shè)有153個(gè)現(xiàn)場控制站，控制點(diǎn)數(shù)約3000個(gè)。系統(tǒng)所配模塊為Phoenix Contact的Inline系列產(chǎn)品，防護(hù)等級IP20,工作溫度范圍為-250C ～+550C，完全適應(yīng)于秦皇島地區(qū)的冬季低溫環(huán)境。所有現(xiàn)場控制站均設(shè)置在防護(hù)等級為IP65的現(xiàn)場控制箱內(nèi)，可適用于現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。
由于灑水泵房控制室與兩路輸出的現(xiàn)場總線控制站較遠(yuǎn)，均超過了800M，同時(shí)在裝船線轉(zhuǎn)接機(jī)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(nèi)，所以均采用雙絞線方式傳輸總線數(shù)據(jù)。采用Interbus現(xiàn)場總線方案所需敷設(shè)的總線電纜約為7km，控制電纜約6km，4芯光纜3km，總計(jì)17km，遠(yuǎn)低于采用PLC系統(tǒng)所需的160km控制電纜。
灑水控制系統(tǒng)通過Interbus現(xiàn)場總線可實(shí)現(xiàn)對每個(gè)灑水噴槍站的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，每個(gè)灑水噴槍站由一個(gè)電動(dòng)閥和一個(gè)電動(dòng)擺頭組成，根據(jù)Interbus現(xiàn)場總線傳輸?shù)闹噶顢?shù)據(jù)自動(dòng)控制噴槍的出水和擺動(dòng)及自動(dòng)拌熱(僅在冬季時(shí)使用)。根據(jù)灑水工藝的要求，自動(dòng)控制每組噴槍的同時(shí)最大使用個(gè)數(shù)為10個(gè)。每組噴槍可自動(dòng)順序切換,每次噴槍噴灑的時(shí)間通過監(jiān)控操作站可調(diào),順序噴灑,直至堆場198個(gè)噴槍全部噴灑一遍，完成一個(gè)灑水工作循環(huán)。
灑水系統(tǒng)PLC通過交換機(jī)與兩臺上位監(jiān)控操作站連接，監(jiān)控操作站選用西門子公司的工業(yè)PC,型號為IL40S，配21”液晶彩顯。上位監(jiān)控軟件配置兩套Intouch9.0無限點(diǎn)運(yùn)行版軟件，完成灑水控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控、灑水狀態(tài)畫面顯示及故障狀態(tài)顯示等功能。灑水控制系統(tǒng)作為整個(gè)煤碼頭控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)經(jīng)交換機(jī)與設(shè)于中央控制室的控制系統(tǒng)服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，輸出堆場灑水系統(tǒng)的運(yùn)行信息，并接受中控系統(tǒng)發(fā)來的堆場堆料機(jī)和取料機(jī)在堆場的走行位置和煤炭堆垛信息，在自動(dòng)進(jìn)行灑水噴槍操作方式中,當(dāng)可能噴灑到行走機(jī)械時(shí)，或遇堆場無料堆處,控制系統(tǒng)能自動(dòng)跳過行走機(jī)械或無料堆場。

4 結(jié)束語
秦皇島港煤碼頭四期擴(kuò)容工程的灑水控制系統(tǒng)已于2004年10月完成方案設(shè)計(jì)，2005年1月完成全部詳細(xì)施工設(shè)計(jì)，并通過了由各方專家組成的設(shè)計(jì)審查，現(xiàn)已完成實(shí)驗(yàn)室的軟件編制和系統(tǒng)模擬試驗(yàn)，即將進(jìn)入設(shè)備安裝階段。該工程計(jì)劃于2005年9月投產(chǎn)。通過Interbus現(xiàn)場總線在大型煤碼頭堆場灑水的成功設(shè)計(jì)及應(yīng)用，較好地解決了煤碼頭堆場灑水系統(tǒng)所面對的控制設(shè)備數(shù)量多、分布廣、信號傳輸距離長、現(xiàn)場環(huán)境惡劣、設(shè)備維護(hù)困難等多種不利因素，是Interbus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)首次在國內(nèi)港口大型煤碼頭上的應(yīng)用，該系統(tǒng)的建成，使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在港口、碼頭等領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用，對同類型散貨碼頭的控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)有著積極的促進(jìn)作用。同時(shí)，對散貨碼頭輸送工藝系統(tǒng)設(shè)備大規(guī)模采用現(xiàn)場總線控制產(chǎn)品打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
現(xiàn)場總線經(jīng)過十多年的發(fā)展，技術(shù)已日趨成熟，產(chǎn)品種類繁多。從應(yīng)用的角度看，無論采用何種總線控制系統(tǒng)，應(yīng)視具體情況而定，從Interbus的發(fā)展歷史和實(shí)際應(yīng)用的角度來看，其靈活的擴(kuò)展性，長距離傳輸，多種傳輸媒介混用，以及強(qiáng)大的故障診斷功能等特點(diǎn)，在港口散貨碼頭堆場灑水系統(tǒng)及工藝輸送系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。