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摘要：本文介紹了Interbus現(xiàn)場總線在輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細(xì)研究了系統(tǒng)的架構(gòu)、主要功能、以及現(xiàn)場總線的主要特點(diǎn)。該項(xiàng)目的應(yīng)用結(jié)果表明，現(xiàn)場總線既滿足了復(fù)雜的工藝要求，又提高了系統(tǒng)的合理性、經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性。
關(guān)鍵詞：Interbus，現(xiàn)場總線，輸煤程控，PLC
1 引言
Interbus現(xiàn)場總線是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)、嚴(yán)格的認(rèn)證規(guī)范、開放的標(biāo)準(zhǔn)、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的行業(yè)應(yīng)用，已經(jīng)成為最重要的和應(yīng)用最廣泛的工業(yè)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。
輸煤程控系統(tǒng)是火電廠輔機(jī)控制系統(tǒng)中重要的組成部分，其安全可靠運(yùn)行是保證火電廠實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、高效運(yùn)行的重要因素之一。輸煤程控系統(tǒng)的工藝流程隨火電廠的鍋爐容量、燃煤品種、運(yùn)輸方式的不同而差別較大，并且具有使用設(shè)備多，分布范圍廣、電磁干擾強(qiáng)、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。
作為一種遠(yuǎn)距離傳輸能力很強(qiáng)的分布式現(xiàn)場總線系統(tǒng)，Interbus現(xiàn)場總線能將監(jiān)控點(diǎn)做到徹底的分散，同時(shí)，其獨(dú)特的環(huán)行數(shù)據(jù)流方式、強(qiáng)勁的系統(tǒng)集成及封裝能力、安全可靠的互連互通特性、高效的負(fù)載均衡能力、極強(qiáng)的故障診斷能力、優(yōu)秀的Web技術(shù)與應(yīng)用之間的集成性、以及很高防護(hù)等級，都為控制系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和優(yōu)化的系統(tǒng)性能提供了保障，也滿足了輸煤程控系統(tǒng)的高可靠性和靈活性的要求�；痣姀S輸煤程控系統(tǒng)一般都采用順序控制和報(bào)警方式，為相對獨(dú)立的控制單元系統(tǒng)配備各種性能可靠的測量變送器。通過運(yùn)用現(xiàn)場總線技術(shù)將各種測量變送器的輸出信號接入對應(yīng)的智能節(jié)點(diǎn)組成多個檢測單元，然后掛接在Interbus現(xiàn)場總線上，再通過Interbus現(xiàn)場總線與上層的PLC系統(tǒng)集成，從而實(shí)現(xiàn)了對輸煤系統(tǒng)進(jìn)行有效快捷的監(jiān)測和控制。
2 輸煤系統(tǒng)的特點(diǎn)和對控制系統(tǒng)的要求
火電廠的輸煤系統(tǒng)一般由卸煤系統(tǒng)、堆煤系統(tǒng)、上煤系統(tǒng)和配煤系統(tǒng)組成，主要承擔(dān)從煤源到儲煤場，再由儲煤場到主機(jī)煤倉（原煤倉），或者直接從煤源到主機(jī)煤倉的卸煤、堆煤、上煤、配煤和備煤任務(wù)，以達(dá)到按時(shí)保質(zhì)保量為機(jī)組提供燃煤的目的。它是火電廠十分重要的支持系統(tǒng)，也是保證機(jī)組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的重要條件。基于輸煤系統(tǒng)在整個火電廠中的重要性，結(jié)合煤場面積大、分布范圍廣、工作環(huán)境惡劣、人工作業(yè)通訊難以暢通等特點(diǎn)，火電廠輸煤系統(tǒng)一般利用現(xiàn)代成熟的PLC技術(shù)和現(xiàn)代總線網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)其控制功能，即輸煤程控系統(tǒng)。輸煤程控系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)（集中管理，分散控制系統(tǒng)），主要控制的對象包括：給煤機(jī)、三通擋板、皮帶機(jī)、碎煤機(jī)、除鐵器、犁式卸煤器等設(shè)備。
2.1輸煤系統(tǒng)的特點(diǎn)：
□生產(chǎn)任務(wù)重。為了保證鍋爐用煤，輸煤系統(tǒng)必須始終處于完好的狀態(tài)，日累計(jì)運(yùn)行時(shí)間達(dá)8—10h以上。
□運(yùn)行環(huán)境差、勞動強(qiáng)度大。輸煤系統(tǒng)的現(xiàn)場環(huán)境惡劣，粉塵、潮濕、振動、噪聲、電磁干擾都比較嚴(yán)重，給電氣設(shè)備運(yùn)行及檢修工作都帶來很多不便，還需要占用大量的輔助勞動力；
□一次起動設(shè)備多，安全聯(lián)鎖要求高。同時(shí)起動的設(shè)備高達(dá)20～30臺以上，在起動或停機(jī)過程中有嚴(yán)格的聯(lián)鎖要求，控制較為復(fù)雜。
□控制點(diǎn)較為分散。輸煤系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量多、分布范圍廣，各個控制系統(tǒng)的覆蓋距離較遠(yuǎn)。
2.2系統(tǒng)功能：
□運(yùn)煤控制。實(shí)現(xiàn)運(yùn)煤設(shè)備的自動啟停及保護(hù)聯(lián)鎖，出力指示，緊急跳閘等，實(shí)現(xiàn)上煤自動化。
□堆取控制。用于斗輪堆煤及取煤。
□配煤控制。由重量傳感器、超聲波料位計(jì)或其它物位探測裝置測定主廠房原煤倉的煤量分配。常用的配煤設(shè)備有犁式卸煤器、卸煤車。
□轉(zhuǎn)運(yùn)站控制。用于運(yùn)行方式及路徑的切換，主要控制分流設(shè)備如擋板、分煤門、閘板門等，也包括輔助設(shè)備如磁鐵分離器、金屬探測器、木塊分離器及給煤機(jī)等控制。
□碎煤機(jī)控制。用于碎煤機(jī)起、停控制及過負(fù)荷保護(hù)，振動、超溫保護(hù)聯(lián)鎖。
□計(jì)量設(shè)備。帶有瞬時(shí)值、累計(jì)值指示、打印、記錄的電子皮帶秤，可顯示并記錄進(jìn)煤量、耗煤量等。
□輔助系統(tǒng)控制。包括取樣裝置、除塵各集塵裝置、暖通空調(diào)、沖洗排污、消除火警等裝置的控制。
□信號報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)備和人員的安全保護(hù)動作，設(shè)備異常，煤倉間煤位高、低、超高、超低，動力電源故障，輸煤設(shè)備及輔助、火警、除塵、集塵、取樣、暖通系統(tǒng)的故障等均有事故報(bào)警。
□控制屏。一個實(shí)現(xiàn)上述各控制要求及信號指示的控制屏，屏上有全系統(tǒng)的模擬流程指示。
2.3系統(tǒng)操作
2.3.1控制方式：
□就地單步操作方式：在系統(tǒng)為“就地”狀態(tài)，且就地?zé)o聯(lián)鎖關(guān)系時(shí)，操怍人員可以在輸煤現(xiàn)場通過就地控制柜操作面板上的控制按鈕對單個設(shè)備進(jìn)行操作。該操作方式主要用于對就地設(shè)備進(jìn)行檢修及檢驗(yàn)。
□就地聯(lián)鎖操作方式：在就地聯(lián)鎖控制箱中打上聯(lián)鎖關(guān)系(即操作流程)，則設(shè)備的就地操作受聯(lián)鎖關(guān)系限制。該操作方式主要用于在程控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
2.3.2全廠急停：
系統(tǒng)的“全場急�！卑粹o可立即停運(yùn)所有輸煤設(shè)備。
2.3.3聯(lián)鎖保護(hù)：
聯(lián)鎖保護(hù)應(yīng)阻止任何設(shè)備超出順序的起動，當(dāng)皮帶機(jī)的速度達(dá)到一定值時(shí)起動下一級設(shè)備。
安全閘聯(lián)鎖是自故障設(shè)備開始按次序瞬時(shí)停止煤流上游段設(shè)備。當(dāng)安全保護(hù)裝置動作時(shí)，控制盤上發(fā)出指示和報(bào)警，并且原在關(guān)的輸煤系統(tǒng)設(shè)備不能再起動。只有當(dāng)所有的保護(hù)已復(fù)位和按了“故障解除”按鈕后，才能起動系統(tǒng)。
停運(yùn)輸煤系統(tǒng)時(shí)，控制系統(tǒng)建立停運(yùn)聯(lián)鎖程序。即按順煤流方向延時(shí)停止設(shè)備以便將設(shè)備上的余煤出清。
聯(lián)鎖保護(hù)可根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇投入與切除。當(dāng)選用程控方式上煤時(shí)，聯(lián)鎖功能已經(jīng)自動投入了并發(fā)揮作用。選用手動方式時(shí)，可以投入聯(lián)鎖或解除聯(lián)鎖。一般情況下，只有在調(diào)試單個設(shè)備時(shí)，才能把此設(shè)備從聯(lián)鎖中解除。正常情況下，聯(lián)鎖保護(hù)必須投入，以保證工廠的正常安全生產(chǎn)。
3 Interbus現(xiàn)場總線
Interbus現(xiàn)場總線是世界上最早的工業(yè)現(xiàn)場總線，早在1984就由德國phoenix Contact公司研發(fā)，1987年正式在漢諾威博覽會上展出。由于該現(xiàn)場總線的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，已經(jīng)先后成為德國DIN19258標(biāo)準(zhǔn)，EN50254歐洲標(biāo)準(zhǔn)、IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)和JB10308中國國家標(biāo)準(zhǔn)。Interbus現(xiàn)場總線的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域是汽車工業(yè)，它是不僅是最早進(jìn)入汽車工業(yè)的現(xiàn)場總線，也是現(xiàn)在世界汽車行業(yè)最受歡迎的現(xiàn)場總線。近十多年來，現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，對實(shí)現(xiàn)面向設(shè)備的自動化系統(tǒng)起到了巨大的推動作用。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)場總線已廣泛地應(yīng)用于汽車工業(yè)、煙草工業(yè)、物流系統(tǒng)、以及電力、冶金、水泥等需要大宗物料輸送的過程自動化行業(yè)。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。至今，全球已有1000多個生產(chǎn)廠家提供2500多種Interbus現(xiàn)場總線產(chǎn)品，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用的工程數(shù)量達(dá)到七十八萬多個，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)數(shù)已達(dá)六百五十萬個，位居全球第二。
Interbus可以這樣迅速的發(fā)展，是因?yàn)檫@個總線協(xié)議確實(shí)有它自己的特點(diǎn)。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。Interbus總線傳輸距離最長達(dá)到12.8公里（雙絞線），兩個從站間距就可以達(dá)到400米（雙絞線），網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹型，單主站最多可連接255個從站，易于擴(kuò)展、易于分層，恒定的傳輸速率500Kbps時(shí)，掃描4096個I/O點(diǎn)的時(shí)間為7.8毫秒。總線采用獨(dú)特的環(huán)型組網(wǎng)形式和傳輸協(xié)議，它具備其他總線所沒有的準(zhǔn)確的故障定位、詳實(shí)的故障信息。三種傳輸媒介在從站間可以混合使用，有效數(shù)據(jù)傳輸效率高達(dá)52% 。 即插即用、無須設(shè)定地址、無須終端電阻。這里很多特性都是Interbus所獨(dú)有的，這些特性在很多工藝場合可以體現(xiàn)出它獨(dú)有的優(yōu)勢：
開放的系統(tǒng)。符合國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，可與主流PLC相連接（Rockwell/Siemens /Schneider）易于擴(kuò)展，簡單、易用。
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。
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)。
溫度范圍廣�？稍�-250C ～+550C之間正常工作，可完全滿足我國北方地區(qū)冬季寒冷的工作環(huán)境。
4 Interbus在輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用方案
4.1工程概況及系統(tǒng)簡介
東北某發(fā)電廠2×600MW機(jī)組采用兩臺機(jī)組公用一套輸煤系統(tǒng)的方式，承擔(dān)電廠的卸煤、運(yùn)煤、堆煤、取煤和配煤任務(wù)，以達(dá)到按時(shí)保質(zhì)保量為機(jī)組提供燃煤的目的。由于該電廠發(fā)電機(jī)組容量大，并且是兩臺機(jī)組公用一套輸煤系統(tǒng)，對煤炭的需求量非常大，為了避免一條上煤通路成為瓶頸，耽誤正常生產(chǎn)，設(shè)計(jì)了兩條上煤通路，一路運(yùn)行，一路備用，也可以兩條通路同時(shí)運(yùn)行，分別向兩個不同的目的地運(yùn)煤。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，上位監(jiān)控操作站和PLC設(shè)于輸煤程控控制室，現(xiàn)場設(shè)一個主站、二個遠(yuǎn)程I/O站、五個從站（碼頭三個、煤堆 ，煤場抓斗機(jī)各一個），共2500個I/O點(diǎn)。控制對象包括：皮帶機(jī)21條，斗輪堆取料機(jī)2臺，滾軸篩2臺，環(huán)式碎煤機(jī)2臺，清水泵2臺，振動器30臺，刮水器2臺，電動三通擋板16臺，入爐煤取樣器2臺，除塵器15臺，葉輪給煤機(jī)6臺，盤式電磁除鐵器2臺，帶式電磁除鐵器8臺，皮帶采樣裝置2臺，卸料車2臺，共計(jì)114臺設(shè)備。
4.2系統(tǒng)方案論證
由于該系統(tǒng)控制設(shè)備數(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，在每個設(shè)備站單設(shè)一個遠(yuǎn)程站，將會使成本大大提高，另外，PLC模塊的防護(hù)等級較低,工作時(shí)溫度范圍一般為0℃～40℃，難于適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境和東北冬季較低的氣溫(最低－20℃)；如把PLC遠(yuǎn)程站設(shè)于煤場附近的其他控制室內(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。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。
4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)輸煤程控系統(tǒng)工藝的特點(diǎn)及Interbus現(xiàn)場總線的優(yōu)勢，依照國際自動化技術(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)。
輸煤程控系統(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PhoenixContact的Interbus控制卡SST IBS CLX RLL，Interbus總線在第一個站通過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，一路控制輸煤程控室和轉(zhuǎn)運(yùn)站；另一路分枝總線控制煤倉間和碎煤機(jī)室；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(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114個現(xiàn)場控制站，控制點(diǎn)數(shù)約2500個。系統(tǒng)所配模塊為Phoenix Contact的fieldline系列產(chǎn)品，防護(hù)等級IP67,工作溫度范圍為-25℃ ～+55℃，完全適應(yīng)于東北地區(qū)的冬季低溫環(huán)境。現(xiàn)場控制站也可設(shè)置在防護(hù)等級為IP67的現(xiàn)場控制箱內(nèi)，以適用于現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。
由于轉(zhuǎn)運(yùn)站與兩路輸出的現(xiàn)場總線控制站較遠(yuǎn)，超過了800M，同時(shí)兩個相鄰總線距離也超過了400M，因此，上述應(yīng)采用多模玻璃光纖作為傳輸媒介，其它控制站之間的距離都在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5km，控制電纜約8km，4芯光纜2km，總計(jì)15km，遠(yuǎn)低于采用PLC系統(tǒng)所需的120km控制電纜。
該系統(tǒng)通過Interbus現(xiàn)場總線可實(shí)現(xiàn)對每條皮帶設(shè)備進(jìn)行自動控制，每條皮帶均有一個就地控制按鈕和一個遙控控制按鈕組成，根據(jù)Interbus現(xiàn)場總線傳輸?shù)闹噶顢?shù)據(jù)自動控制皮帶機(jī)的起停。輸煤系統(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，完成輸煤控制系統(tǒng)的操作、監(jiān)控、輸煤狀態(tài)畫面顯示及故障狀態(tài)顯示等功能。輸煤控制系統(tǒng)作為整個煤碼頭控制系統(tǒng)的一個子系統(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)，輸出輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行信息。
5 結(jié)束語
Interbus現(xiàn)場總線在火力發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)中的成功設(shè)計(jì)及應(yīng)用，較好地解決了火力發(fā)電廠輸煤系統(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)電廠輸煤系統(tǒng)上的應(yīng)用，該系統(tǒng)的建成，使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在火力發(fā)電領(lǐng)域得到了進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用，對同類型發(fā)電廠的控制系統(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)，對火力發(fā)電廠的輸送工藝系統(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)。
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