（菲尼克斯電氣中國公司  繆 善 從）

    摘要：本文介紹了Interbus現場總線在輸煤程控系統中的應用，詳細研究了系統的架構、主要功能、以及現場總線的主要特點。該項目的應用結果表明，現場總線既滿足了復雜的工藝要求，又提高了系統的合理性、經濟性和可維護性。

    關鍵詞：Interbus，現場總線，輸煤程控，PLC

　　1 引言

　　Interbus現場總線是目前國際上通用的現場總線標準之一，以其獨特的技術特點、嚴格的認證規范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發展的行業應用，已經成為最重要的和應用最廣泛的工業現場總線標準。

　　輸煤程控系統是火電廠輔機控制系統中重要的組成部分，其安全可靠運行是保證火電廠實現安全生產、高效運行的重要因素之一。輸煤程控系統的工藝流程隨火電廠的鍋爐容量、燃煤品種、運輸方式的不同而差別較大，并且具有使用設備多，分布范圍廣、電磁干擾強、現場作業環境惡劣等特點。

　　作為一種遠距離傳輸能力很強的分布式現場總線系統，Interbus現場總線能將監控點做到徹底的分散，同時，其獨特的環行數據流方式、強勁的系統集成及封裝能力、安全可靠的互連互通特性、高效的負載均衡能力、極強的故障診斷能力、優秀的Web技術與應用之間的集成性、以及很高防護等級，都為控制系統的高穩定性和優化的系統性能提供了保障，也滿足了輸煤程控系統的高可靠性和靈活性的要求。火電廠輸煤程控系統一般都采用順序控制和報警方式，為相對獨立的控制單元系統配備各種性能可靠的測量變送器。通過運用現場總線技術將各種測量變送器的輸出信號接入對應的智能節點組成多個檢測單元，然后掛接在Interbus現場總線上，再通過Interbus現場總線與上層的PLC系統集成，從而實現了對輸煤系統進行有效快捷的監測和控制。

　　2 輸煤系統的特點和對控制系統的要求

　　火電廠的輸煤系統一般由卸煤系統、堆煤系統、上煤系統和配煤系統組成，主要承擔從煤源到儲煤場，再由儲煤場到主機煤倉（原煤倉），或者直接從煤源到主機煤倉的卸煤、堆煤、上煤、配煤和備煤任務，以達到按時保質保量為機組提供燃煤的目的。它是火電廠十分重要的支持系統，也是保證機組穩發滿發的重要條件。基于輸煤系統在整個火電廠中的重要性，結合煤場面積大、分布范圍廣、工作環境惡劣、人工作業通訊難以暢通等特點，火電廠輸煤系統一般利用現代成熟的PLC技術和現代總線網絡通訊實現其控制功能，即輸煤程控系統。輸煤程控系統采用分布式控制系統（集中管理，分散控制系統），主要控制的對象包括：給煤機、三通擋板、皮帶機、碎煤機、除鐵器、犁式卸煤器等設備。

　　2.1輸煤系統的特點：

    □生產任務重。為了保證鍋爐用煤，輸煤系統必須始終處于完好的狀態，日累計運行時間達8—10h以上。
    □運行環境差、勞動強度大。輸煤系統的現場環境惡劣，粉塵、潮濕、振動、噪聲、電磁干擾都比較嚴重，給電氣設備運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；
    □一次起動設備多，安全聯鎖要求高。同時起動的設備高達20～30臺以上，在起動或停機過程中有嚴格的聯鎖要求，控制較為復雜。
    □控制點較為分散。輸煤系統的設備數量多、分布范圍廣，各個控制系統的覆蓋距離較遠。

　　2.2系統功能：

    □運煤控制。實現運煤設備的自動啟停及保護聯鎖，出力指示，緊急跳閘等，實現上煤自動化。
    □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。常用的配煤設備有犁式卸煤器、卸煤車。
    □轉運站控制。用于運行方式及路徑的切換，主要控制分流設備如擋板、分煤門、閘板門等，也包括輔助設備如磁鐵分離器、金屬探測器、木塊分離器及給煤機等控制。
    □碎煤機控制。用于碎煤機起、停控制及過負荷保護，振動、超溫保護聯鎖。
    □計量設備。帶有瞬時值、累計值指示、打印、記錄的電子皮帶秤，可顯示并記錄進煤量、耗煤量等。
    □輔助系統控制。包括取樣裝置、除塵各集塵裝置、暖通空調、沖洗排污、消除火警等裝置的控制。
    □信號報警系統。設備和人員的安全保護動作，設備異常，煤倉間煤位高、低、超高、超低，動力電源故障，輸煤設備及輔助、火警、除塵、集塵、取樣、暖通系統的故障等均有事故報警。
    □控制屏。一個實現上述各控制要求及信號指示的控制屏，屏上有全系統的模擬流程指示。

　　2.3系統操作

　　2.3.1控制方式：

    □就地單步操作方式：在系統為“就地”狀態，且就地無聯鎖關系時，操怍人員可以在輸煤現場通過就地控制柜操作面板上的控制按鈕對單個設備進行操作。該操作方式主要用于對就地設備進行檢修及檢驗。
    □就地聯鎖操作方式：在就地聯鎖控制箱中打上聯鎖關系(即操作流程)，則設備的就地操作受聯鎖關系限制。該操作方式主要用于在程控系統出現故障時保證生產的正常進行。

　　2.3.2全廠急停：

　　系統的“全場急停”按鈕可立即停運所有輸煤設備。

　　2.3.3聯鎖保護：

　　聯鎖保護應阻止任何設備超出順序的起動，當皮帶機的速度達到一定值時起動下一級設備。

　　安全閘聯鎖是自故障設備開始按次序瞬時停止煤流上游段設備。當安全保護裝置動作時，控制盤上發出指示和報警，并且原在關的輸煤系統設備不能再起動。只有當所有的保護已復位和按了“故障解除”按鈕后，才能起動系統。

　　停運輸煤系統時，控制系統建立停運聯鎖程序。即按順煤流方向延時停止設備以便將設備上的余煤出清。

　　聯鎖保護可根據現場的實際情況選擇投入與切除。當選用程控方式上煤時，聯鎖功能已經自動投入了并發揮作用。選用手動方式時，可以投入聯鎖或解除聯鎖。一般情況下，只有在調試單個設備時，才能把此設備從聯鎖中解除。正常情況下，聯鎖保護必須投入，以保證工廠的正常安全生產。

　　3  Interbus現場總線

　　Interbus現場總線是世界上最早的工業現場總線，早在1984就由德國phoenix Contact公司研發，1987年正式在漢諾威博覽會上展出。由于該現場總線的廣泛應用和快速發展，已經先后成為德國DIN19258標準，EN50254歐洲標準、IEC61158國際標準和JB10308中國國家標準。Interbus現場總線的傳統應用領域是汽車工業，它是不僅是最早進入汽車工業的現場總線，也是現在世界汽車行業最受歡迎的現場總線。近十多年來，現場總線技術的發展，對實現面向設備的自動化系統起到了巨大的推動作用。大量的現場智能設備可通過各種途經連接到Interbus現場總線上，通過網絡互相通信，實現智能化現場設備的功能自制性、系統結構的高度分散性以及管控一體化。Interbus現場總線已廣泛地應用于汽車工業、煙草工業、物流系統、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。Interbus現場總線在系統布線、診斷和維修上對設計、集成和用戶都將帶來方便和收益。至今，全球已有1000多個生產廠家提供2500多種Interbus現場總線產品，在世界范圍內應用的工程數量達到七十八萬多個，應用節點數已達六百五十萬個，位居全球第二。

　　Interbus可以這樣迅速的發展，是因為這個總線協議確實有它自己的特點。Interbus現場總線的物理層采用RS485串行通信標準，傳輸介質可為屏蔽雙絞線、光纜或紅外線，最多分支達16層。Interbus總線傳輸距離最長達到12.8公里（雙絞線），兩個從站間距就可以達到400米（雙絞線），網絡拓撲結構為樹型，單主站最多可連接255個從站，易于擴展、易于分層，恒定的傳輸速率500Kbps時，掃描4096個I/O點的時間為7.8毫秒。總線采用獨特的環型組網形式和傳輸協議，它具備其他總線所沒有的準確的故障定位、詳實的故障信息。三種傳輸媒介在從站間可以混合使用，有效數據傳輸效率高達52% 。 即插即用、無須設定地址、無須終端電阻。這里很多特性都是Interbus所獨有的，這些特性在很多工藝場合可以體現出它獨有的優勢：

    開放的系統。符合國際和國內標準，可與主流PLC相連接（Rockwell/Siemens /Schneider）易于擴展，簡單、易用。

    傳輸距離遠。兩站之間＜400M，可選用電纜，兩站之間＞400M，而＜2000M可選用光纜。在同一系統中，三種傳輸媒介（雙絞線、光纖、紅外）可以根據需要混合使用，極大滿足了現場的工況需求。

    強大的診斷功能。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），診斷寄存器提供了用戶程序處理故障信息的工具，極大地方便了系統集成和日后維護。

    溫度范圍廣。可在-250C ～+550C之間正常工作，可完全滿足我國北方地區冬季寒冷的工作環境。

　　4  Interbus在輸煤程控系統中的應用方案

　　4.1工程概況及系統簡介

　　東北某發電廠2×600MW機組采用兩臺機組公用一套輸煤系統的方式，承擔電廠的卸煤、運煤、堆煤、取煤和配煤任務，以達到按時保質保量為機組提供燃煤的目的。由于該電廠發電機組容量大，并且是兩臺機組公用一套輸煤系統，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，設計了兩條上煤通路，一路運行，一路備用，也可以兩條通路同時運行，分別向兩個不同的目的地運煤。系統采用一臺Rockwell公司的Controllogix 系列PLC，與兩臺上位監控操作站通過以太網相連，上位監控操作站和PLC設于輸煤程控控制室，現場設一個主站、二個遠程I/O站、五個從站（碼頭三個、煤堆 ，煤場抓斗機各一個），共2500個I/O點。控制對象包括：皮帶機21條，斗輪堆取料機2臺，滾軸篩2臺，環式碎煤機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114臺設備。

　　4.2系統方案論證

　　由于該系統控制設備數量多、分布廣、距離遠，現場作業環境惡劣，絕大多數為戶外露天使用。如采用傳統的PLC遠程站方式控制，在每個設備站單設一個遠程站，將會使成本大大提高，另外，PLC模塊的防護等級較低,工作時溫度范圍一般為0℃～40℃，難于適應惡劣的現場環境和東北冬季較低的氣溫(最低－20℃)；如把PLC遠程站設于煤場附近的其他控制室內，則將耗費大量的控制電纜、電纜橋架，并且極大的增加了敷設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工作量。針對上述情況，面對這種設備控制分散、設備布置距離遠、控制點數多的作業現場，利用PLC遠程站方式難于有效的解決以上在成本、惡劣環境、冬季低溫及日常維護量大等諸多問題。因此，為適應上述工藝要求及現場條件，需設計一種價格低廉、布線簡單、維護方便、適應現場環境、工作安全可靠的控制系統方案。

　　4.3 系統結構設計

　　對于系統結構設計，根據輸煤程控系統工藝的特點及Interbus現場總線的優勢，依照國際自動化技術和現場總線控制系統的發展趨勢，本著系統結構簡單實用、技術先進、系統擴展方便、操作安全可靠、易于管理和維護等原則，設計成一個由計算機、PLC、Interbus現場總線組成的多級、開放式的集散型數據采集和監控管理系統。

　　輸煤程控系統采用一臺Rockwell的大型Controllogix PLC作為控制主機，CPU選用1756-L55M24,配有一個Controllogix PLC的1756-ENBT以太網接口模塊，用于與上位監控操作站的網絡連接，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，對網絡的物理拓普進行樹型分枝，一路控制輸煤程控室和轉運站；另一路分枝總線控制煤倉間和碎煤機室；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18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114個現場控制站，控制點數約2500個。系統所配模塊為Phoenix Contact的fieldline系列產品，防護等級IP67,工作溫度范圍為-25℃ ～+55℃，完全適應于東北地區的冬季低溫環境。現場控制站也可設置在防護等級為IP67的現場控制箱內，以適用于現場的惡劣環境。

　　由于轉運站與兩路輸出的現場總線控制站較遠，超過了800M，同時兩個相鄰總線距離也超過了400M，因此，上述應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，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5km，控制電纜約8km，4芯光纜2km，總計15km，遠低于采用PLC系統所需的120km控制電纜。

　　該系統通過Interbus現場總線可實現對每條皮帶設備進行自動控制，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Interbus現場總線傳輸的指令數據自動控制皮帶機的起停。輸煤系統PLC通過交換機與兩臺上位監控操作站連接，監控操作站選用西門子公司的工業PC,型號為IL40S，配21”液晶彩顯。上位監控軟件配置兩套Intouch9.0無限點運行版軟件，完成輸煤控制系統的操作、監控、輸煤狀態畫面顯示及故障狀態顯示等功能。輸煤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，輸出輸煤系統的運行信息。

　　5 結束語

　　Interbus現場總線在火力發電廠輸煤程控系統中的成功設計及應用，較好地解決了火力發電廠輸煤系統所面對的控制設備數量多、分布廣、信號傳輸距離長、現場環境惡劣、設備維護困難等多種不利因素，是Interbus現場總線控制系統首次在國內電廠輸煤系統上的應用，該系統的建成，使現場總線控制系統在火力發電領域得到了進一步的推廣和應用，對同類型發電廠的控制系統采用現場總線控制系統有著積極的促進作用。同時，對火力發電廠的輸送工藝系統設備大規模采用現場總線控制產品打下了堅實的基礎。

　　參考文獻：

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