1 引言
進入20世紀90年代后，為了適應現代物流的發展趨勢，采用自動控制技術和網絡通信技術對港口碼頭實現貨物的裝卸、輸送、存儲作業，有效地提高生產效率，降低勞動強度，使裝卸作業連續化、高效化，提高企業的現代化程度已經成為企業生存和保持旺盛競爭力的必要條件。對于同類企業中發展較為緩慢的煤炭專用碼頭更是如此。
本文以煤炭專用碼頭物流系統為例，介紹選用SIEMENS 的ET200S分布式I/O及SIMATIC PCS 7控制系統實現其網絡化集散控制的方案及特點。
2 煤炭專用碼頭物流系統的結構配置
煤炭物流作業系統包括翻車機子系統、皮帶機子系統、堆取料機子系統、裝船機子系統以及灑水除塵子系統。系統框圖如圖1所示。
圖1 物流系統框圖
該物流系統設有中控室（CCR），其控制、監視、管理范圍包括定位車牽引重車、翻車機翻轉重車、漏斗振動給料、出料口調節、皮帶機傳送流程、堆取料機運行狀態、裝船機工作控制、除塵灑水系統流量壓力監控及噴頭選擇等主要作業流程。在中控室對整個作業流程進行監控，從而達到使作業設備穩定可靠運行的目的。
3 監控系統方案介紹
3.1監控系統配置
根據作業流程控制系統要求，設1#本地站和2#、3#、4#、5#、6#五個遠程站，分別設置在中控室、翻車機作業現場、皮帶機作業現場、堆取料機作業現場、裝船機作業現場以及灑水泵站。本地站控制整個裝卸系統的流程作業，各遠程站則對其所在作業現場的流程進行監測和控制。
現場控制站具有閉環控制、順序聯鎖控制以及數據采集、數據處理、儲存、故障報警等功能；擁有數字量和模擬量控制的全部功能，可有效地對生產過程進行控制，同時通過數據高速通道與中央控制室操作站進行過程數據和信息傳輸，接受來自操作人員的各種控制命令，完成檢測控制要求；另外還具有在線/離線組態功能、自診斷等功能。
3.2監控系統方案介紹
基于本方案的研究對象是現代港口中的流程作業PLC控制系統，并且要在企業內部實現遠程通訊、分布式控制，設計者選擇具有良好發展基礎與前景的PROFIBUS來構成本方案的控制網絡。
該設計方案選擇SIEMENS公司的SIMATIC PCS7。SIMATIC PCS7為SIEMENS公司的新集散控制系統（DCS），是一個全集成的、結構完整、功能完善、面向整個生產過程的過程控制系統。SIMATIC PCS7采用優秀的上位機軟件WinCC作為操作和監控的人機界面，利用開放的現場總線和工業以太網實現現場信息采集和系統通訊，采用S7自動化系統作為現場控制單元實現過程控制，以靈活多樣的分布式I/O接收現場傳感檢測信號。
注 ： --OLM 光纖鏈路模塊
圖2 控制系統結構圖
4 監控系統的通訊網絡
在工業控制領域，尤其是大型企業（如港口碼頭）的控制系統將是一個功能多樣而完善的通訊網絡，不但具有控制信號的采集、傳輸、控制輸出，還要具有故障報警、信息查詢、打印輸出、視頻監控等功能。這樣一個控制網絡還必須具有與企業管理網絡甚至國際互聯網絡相連的接口，以備將來實現整個企業內部的信息交互或遠程診斷功能?；谶@些要求，該工業過程控制系統采用雙環容錯光纖網絡構成企業局域網的超干網，網絡性能要求傳輸速率達到10Mbps。
中控室PLC主站是系統控制站的信息處理中心。它的主要功能是將其它遠程PLC從站采集到的數據進行處理與存儲，并通過網絡送到各操作員站或工程師站的顯示屏上進行顯示；同時，接受操作員站或工程師站的操作指令進行處理后發送到PLC從站。
PLC主站主要由2套互為熱備份的S7-400H型PLC控制器組成，這是SIMATIC系列產品中性能最高、可靠性最好的一種PLC控制器。每個PLC控制器均設有1個PS407電源模塊、一個CPU-416H中央處理器模塊和一個CP443-1工業以太網通訊模塊，它們安裝在一個特殊緊湊的UR2-H機架上。這兩個CPU模塊上各插有Syne（同步）模塊，并通過光纜相互連接，實現了2個PLC控制器的相互數據通訊。在系統運行過程中，2個PLC 控制器能自動更新數據，確保數據的一致性。當某個PLC控制器出現故障時，另一個PLC控制器能自動在中斷處接管后續所有信息處理工作，不會丟失任何數據，保證了系統正常運行及與上位中控室計算機的通訊。
中控室S7-400H型主站的2個CPU模塊上各有1個PROFIBUS-DP通訊接口，它們通過光纖網絡與遠程PLC從站相連接；遠程PLC 選用S7-200，通過現場總線與現場分布式I/O進行單工通訊，對現場設備進行信號的處理與控制。分布式I/O采用SIEMENS的ET200S。ET200S系統具有較好的診斷功能。不僅模塊上的狀態和故障指示燈可提供當前運行狀態信息，而且模塊中的每個通道都能自動生成清晰的文本信息，這些信息，如傳感器連線的短路或開路等故障信息，可通過PROFIBUS網絡送到系統主站，在系統操作員或工程師站的顯示屏上進行告警提示，以便及時處理。
每個PLC主站通過CP443-1工業以太網通訊模塊連接的雙重容錯高速工業以太網與操作員計算機和工程師計算機相連。這樣冗余連接的網絡拓撲結構，當系統某一網絡通道發生故障時，能自動激活另一網絡通道，以確保系統通訊的可靠性。PLC主站具有自診斷功能，系統在錯誤對過程產生影響前就可探測錯誤并發出警報。通過擴展的PROFIBUS-DP診斷功能可以對故障進行快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。
本地PLC主站與遠程PLC從站之間以及各遠程PLC從站之間的室外通訊電纜采用多模光纖電纜，這樣不僅可預防雷擊，而且具有可靠的抗靜電、抗磁場干擾能力。選用先進的OLM/S4光鏈路轉換器，各PLC控制器間形成環形的光纖網絡，實現了室外通訊網絡的容錯設計，光纖中的任意一根出現故障時，網絡通訊均不會中斷，并能及時進行故障告警，進一步提高了系統網絡通訊的可靠性。
5、結束語
本方案技術先進，結構簡單。S7-400與分布式I/O ET200S功能強、體積小，因此控制柜內部結構簡單，便于檢查與維修。使用了PROFIBUS-DP現場總線，減少了電纜的鋪設量，實現了數字通信，提高了數據傳送精度。所有部件在運行過程中都能熱插拔，在更換CPU模塊時，系統將自動更新為當前程序和數據，因此系統具有很好的聯機維修功能。
該控制網絡系統以獨立的、單體的、分散的測量與控制設備為網絡節點，以現場總線為紐帶，并把它們連接成為可以互相溝通信息，共同完成自動化控制任務的控制與網絡系統。具備高度的實時性、安全性和可靠性，系統容錯性能好。易于實現與信息網絡的互聯和集成，從而為管理信息網絡系統和自動化控制網絡系統的一體化集成奠定了基礎。
：鞏經理
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：南京塞姆泵業有限公司
