煤炭港口轉(zhuǎn)接塔智能化網(wǎng)絡(luò)集控平臺(tái)設(shè)計(jì)

于 娜

秦皇島港股份有限公司第六港務(wù)分公司

1 引言

某港口生產(chǎn)作業(yè)時(shí)利用已有的生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中控、各大單機(jī)、變電所、灑水除塵泵房等相互間的數(shù)據(jù)傳輸。隨著環(huán)保要求的提升，對(duì)各類環(huán)保設(shè)備、設(shè)施的監(jiān)控也應(yīng)納入到生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)。港口各煤炭轉(zhuǎn)接塔新增了微霧、洗帶等環(huán)保除塵設(shè)備，要求這些環(huán)保設(shè)備隨生產(chǎn)設(shè)備啟停，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜惡劣，不便于操作，因此對(duì)新增環(huán)保設(shè)備及原有皮帶機(jī)運(yùn)行狀況的監(jiān)控亟需實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2 總體思路

首先對(duì)生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，分析生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及微霧、洗帶等環(huán)保設(shè)備電控系統(tǒng)的特點(diǎn)；然后依據(jù)調(diào)研情況制定技術(shù)方案，即各轉(zhuǎn)接塔加裝PLC控制環(huán)保設(shè)備的啟停，各塔的PLC接入生產(chǎn)控制工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)；隨后進(jìn)行光纖敷設(shè)、電氣箱配盤、PLC模塊安裝以及上位界面的開發(fā)、PLC程序編寫等工作；最后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 原生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

該港口生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)分控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)兩個(gè)層面，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)分為兩層，中控室、4個(gè)變電所和灑水泵房的PLC直接通過光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與中控室的工程師站和服務(wù)器通訊。11臺(tái)生產(chǎn)作業(yè)大機(jī)的PLC數(shù)據(jù)先通過無線工業(yè)以太網(wǎng)通訊至轉(zhuǎn)接塔，再通過光纖連接到3個(gè)變電所，最后通過光纖以太環(huán)網(wǎng)連接中控室的工程師站和服務(wù)器。

控制級(jí)分為兩層，中控室的工程師站和服務(wù)器通過工業(yè)以太網(wǎng)連接各PLC，進(jìn)行數(shù)據(jù)的組態(tài)、采集和控制；3臺(tái)客戶機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)與服務(wù)器連接，進(jìn)行上位的監(jiān)控與操作。

中控室、變電所、灑水泵房的以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建成工業(yè)以太網(wǎng)冗余環(huán)網(wǎng)，能夠有效分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并且在其中一個(gè)交換機(jī)故障時(shí)能快速重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，不影響生產(chǎn)運(yùn)行，且便于擴(kuò)展和維護(hù)。環(huán)網(wǎng)為千兆級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)光纖通信，網(wǎng)絡(luò)速率快，抗干擾性強(qiáng)，便于擴(kuò)展且不需組態(tài)，便于維護(hù)。部分轉(zhuǎn)接塔安裝有環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，可為各單機(jī)與中控、變電所的通訊提供路由。在各塔上并未配控制塔內(nèi)設(shè)備的PLC，為便于對(duì)各塔環(huán)保設(shè)備的控制，應(yīng)新增專門控制各環(huán)保設(shè)備的PLC。

3.2 轉(zhuǎn)接塔集控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.2.1 硬件設(shè)備選型及組態(tài)

該港口各大生產(chǎn)作業(yè)單機(jī)所用PLC均為西門子S7-400系列，環(huán)網(wǎng)中的光電轉(zhuǎn)換模塊和交換機(jī)等也均為西門子品牌產(chǎn)品。由于轉(zhuǎn)接塔對(duì)于作業(yè)單機(jī)而言屬于相對(duì)較小的控制系統(tǒng)，考慮到設(shè)備的兼容性問題，選用西門子S7-300系列PLC對(duì)各轉(zhuǎn)接塔的環(huán)保設(shè)備進(jìn)行控制。因?yàn)榻M網(wǎng)的需要，S7-300 PLC CPU的PN口應(yīng)不少于兩個(gè)，選用CPU的型號(hào)為SIMATIC S7-300 CPU 315-2 PN；選用觸摸屏的型號(hào)為SIMATIC HMI KTP1200 基本版；光電轉(zhuǎn)換模塊的型號(hào)為SCALANCE X101-1LD IE。觸摸屏用西門子博途軟件進(jìn)行組態(tài)。

3.2.2 轉(zhuǎn)接塔PLC和觸摸屏并入生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)

為將轉(zhuǎn)接塔PLC和觸摸屏并入生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)，確定了如下3項(xiàng)設(shè)計(jì)原則。

(1)各轉(zhuǎn)接塔與各作業(yè)單機(jī)在環(huán)網(wǎng)中地位相同。

(2)各皮帶機(jī)由對(duì)應(yīng)變電所(SS1、SS2、SS3)的PLC進(jìn)行控制，各轉(zhuǎn)接塔的微霧、洗帶等環(huán)保設(shè)備應(yīng)用對(duì)象為各條皮帶，故將各變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)作為轉(zhuǎn)接塔PLC和觸摸屏并入生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)的接口。

(3)由于各轉(zhuǎn)接塔到對(duì)應(yīng)變電所的距離較遠(yuǎn)，選用更適用于遠(yuǎn)程通訊的單模光纖，而不是原生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)所用的多模光纖，來進(jìn)行環(huán)保控制環(huán)網(wǎng)的搭建。

觸摸屏帶有PN口，其與各轉(zhuǎn)接塔PLC之間為工業(yè)以太網(wǎng)通信。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問各轉(zhuǎn)接塔的PLC和觸摸屏，需為各轉(zhuǎn)接塔PLC和觸摸屏分別賦予1個(gè)同網(wǎng)段的IP。但由于生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)IP數(shù)量的限制，在各轉(zhuǎn)接塔安裝1個(gè)路由器，PLC和觸摸屏均通過以太網(wǎng)接入對(duì)應(yīng)的路由器，每個(gè)轉(zhuǎn)接塔只需要1個(gè)IP即可。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控各轉(zhuǎn)接塔的PLC，利用路由器的虛擬主機(jī)功能，將PLC的內(nèi)網(wǎng)IP作為虛擬主機(jī)映射出去(相應(yīng)端口也映射出去)，可遠(yuǎn)程對(duì)各轉(zhuǎn)接塔PLC進(jìn)行查看、編輯和下載等操作。

SS1、SS2和SS3變電所生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)備用電口較多，這些電口均為100 Mbits/s RJ45接口，能夠滿足各塔PLC和觸摸屏通訊數(shù)據(jù)量的要求，因此通過信號(hào)傳輸路徑將各塔PLC和觸摸屏并入該網(wǎng)段的生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)。

3.2.3 PLC編程及上位界面開發(fā)

港口各皮帶的信號(hào)均通過硬線引入對(duì)應(yīng)變電所的S7-400 PLC，而各條皮帶的運(yùn)行狀態(tài)決定了微霧、洗帶設(shè)備的啟停。通過硬線將各條皮帶的微霧、洗帶系統(tǒng)的輸入和輸出點(diǎn)引入各轉(zhuǎn)接塔的S7-300 PLC，各條皮帶對(duì)應(yīng)變電所的S7-400 PLC將皮帶運(yùn)行狀態(tài)通過控制環(huán)網(wǎng)傳輸給各轉(zhuǎn)接塔的S7-300 PLC，繼而由S7-300 PLC控制微霧、洗帶設(shè)備的啟停。

為實(shí)現(xiàn)S7-400 PLC與S7-300 PLC的通訊，在軟件中建立單邊S7連接，需在400 PLC中定義對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊，在轉(zhuǎn)接塔300 PLC中編寫相關(guān)控制程序。利用觸摸屏整合轉(zhuǎn)接塔的微霧、洗帶、皮帶機(jī)保護(hù)裝置等子系統(tǒng)，以便值崗人員進(jìn)行監(jiān)控。

4 結(jié)語

項(xiàng)目造完成至今，各轉(zhuǎn)接塔集控系統(tǒng)通訊及上位監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微霧、洗帶等環(huán)保設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也為今后監(jiān)控轉(zhuǎn)接塔照明、灑水等子系統(tǒng)預(yù)留了接口。新增轉(zhuǎn)接塔PLC并接入生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)，可提升皮帶機(jī)沿線設(shè)備監(jiān)控的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制環(huán)網(wǎng)對(duì)作業(yè)單機(jī)和環(huán)保設(shè)備的全覆蓋。