烘干搅拌输送新闻动态
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工业以太网在长距离皮带输送系统中的设计与应用
发布时间：2013-06-17 08:12 来源：未知
1、项目概述
天津港散货物流中心是天津市“十五”期间重点建设项目，是天津港“北煤南移”战略的重要环节，占地12平方公里，首期投资23.5亿元，整个工程造价约28亿元人民币，工程建设期三年．建成后，有80余家小型煤炭场迁入其中的煤炭工艺区，从向形成一个目前国内最人的煤炭、焦炭集教中心．规划图如下所示：
物流中心东部为焦炭堆场，西部为煤堆场，两堆场由八车道中央大道隔开．堆场堆取采用斗轮堆取料机系统，为南北向布置，煤炭出场时分别通过一条输煤能力6000吨／小时的9公里的输煤曲线皮带和一条7.6公里输焦炭曲线皮带（输焦炭能力1800吨／小时）运至南疆港区，由南疆码头已建成的煤炭和焦炭堆存和装卸系统堆运，或通过煤码头焦炭码头的装船机直接装船。整个系统是高效的、现代化的输送系统，可保证煤3000万吨／年，焦炭1000万吨／年的生产作业量．与此前的作业方式相比，不仅运营成本降低，而且环保效果显著，该工程的投付使用，极大改善了滨海新区的投资环境，成为天津港无污染运输的标志性工程。
2、网络需求
物流中心集港运输采用封闭曲线长廊皮带，保证煤、炭作业不会对周围环境造成污染，但必须通过长廊皮带机经由码头装卸设备才能完成其装船工艺，所以物流中心堆场系统、长廊皮带机系统和码头装卸系统的网络连接是各个控制系统协同作业完成整个工艺系统作业成功的关键。
由于物流中心、焦炭码头、煤炭码头分别是独立经营的公司企业，焦炭、煤炭码头分别于2000年和2001年建成并投入运行，所以在网络建设时需要考虑双方系统互不十扰，只进行控制系统数据交换而不提供计算机一级的远程访问功能，计算机一级的访问将在物流中心ERP系统建立后统一考虑，另外两个码头采用的控制系统不同，在网络连接时也应充分考虑。
同时煤炭、焦炭长廊皮带机分别由两家外方承包，选用的控制系统不同，其头部和尾部的网络连接，与长廊港区控制系统的连接也是十分重要的环节。
所以说该系统网络通讯距离长，异种网络互联多是主要难点。
3、网络方案
根据以上特点，设计人员将整个控制系统划分为长廊港区、后方煤炭堆场、后方焦炭堆场、焦炭长廊皮带、煤炭长廊皮带、焦炭码头、煤炭码头七个控制子系统，选用光纤工业以太网互联方案，并采用TCP/IP作为网络传输协议，网络带宽除与焦炭码头的连接为lOMBps（受网关的限制），其他连接均设计为100MBps。由于物流中心各个分系统由不同的厂商负责成套安装，在系统成套前，作为总体网络设计者，我们规定了各个分系统的IP地址范围，使得网络通讯设备在出厂设置、单机调试、整体调试减少了重复工作。
网络设计方案如下图所示：
3.1长廊港区控制与堆场控制系统网络建立
长廊港区与堆场距离约有8公里，堆场负责向码头输送货物，实行24小时工作制，并随时与船公司保持密切联系，因此与堆场的通讯相当重要。我们考虑到环网可以在网络中某一段光纤中断或某一个节点故障失效后可以自动切换到另外的网段的优点，设计采用光纤环形以太网，以保证网络的连通，同时将故障信息传送到监控系统，以便操作人员及时排除。
3.2长廊港区控制与焦炭码头控制系统网络建立
长廊港区控制系统与焦炭码头控制系统采用的足相同厂家的PLC产品(均为施耐德QUANTUlUl系列PLC)．互联相对简单，但是物流中心与焦炭码头足独立的经营单位，互相之间的访问应该受到限制，所以采用一个控制网关作为隔离，该网关只将控制数据存两个控制系统之间传送，这样提高了系统的安全性和可靠性。
3.3长廊港区控制与焦炭长廊皮带机控制系统网络建屯
焦炭长廊皮带由外方独立设计、施工，自带单机控制系统，其PLC系统采用的是Roc kwell公司AB PLC产品，与焦炭港区PLC系统不问，所以采用一台AB与MODICON协议转换器作为网关进行隔离，两个系统之间只传送相关控制信息。
焦炭长廊皮带机头、尾站PLC通过光纤连网，构成独立系统，同时通过位于头部的PLC控制系统与焦炭长廊港区控制系统进行通讯，且长廊港区PLC作为长廊皮带机控制系统的监控中心，负责收集所有关于长廊皮带机运行的状态信息，并在中央控制室的计算机监控画面上进行显示和相关的启、停、变频调速等控制。
3.4长廊港区控制与煤炭码头控制系统网络建立
煤炭长廊港区控制系统与煤炭码头控制系统采用的也是不同厂家的PLC产品（码头为Rockwell AB产品），所以也需要一台协议转换器作为网关进行隔离，两个系统之间只传送控制信息。
3.5长廊港区控制与煤炭长廊皮带机控制系统网络建立
煤炭长廊皮带机是由外方独立设计、施T的，所以煤炭长廊皮带机有一套独立的控制系统。而煤炭长廊皮带PLC系统采用的足TE公司的PLC产品，与煤炭长廊港区控制系统不问，所以采用一台TE与MODICON卸议转换器作为网关进行隔离，两个系统之间只传送相关控制信息。
煤炭长廊皮带机自身通过光纤将头部、尾部的两套PLC相连独市成网，并通过位于头部的PLC控制系统与煤炭长廊港区控制系统进行通讯，且长廊港区PLC作为两条长廊皮带机控制系统的监控中心，负责收集所有关于长廊皮带机运行的状态信息，并存中央控制室的计算机监控画面上进行显示和相关的控制。
3.6控制系统与监控系统
监控系统软件采用支持以太网通讯的驱动，通过一台监控服务器．与控制系统PLC进行数据采集工作，同时将采集到的数据通过以太网广播到各个监控终端，并在其监控画面上进行显示。
4、方案特点
4.1可靠性和安全性
在本方案中通讯网络系统采用环形工业光纤以太网，可以对网络进行管理、故障诊断、屏蔽或关闭没有使用的连接端口，限制非法访问，同时采用光纤作为传输介质，提高了整体网络系统的抗干扰能力，使网络在可靠性和安全性方面有了很高的保证。
4.2兼容性和可扩展性
由于物流中心建设是分阶段进行，包括长廊皮带机系统、堆场翻车机、堆场系统都小是同步进行，所以采用统一标准的工业以太网作为通讯平台，同时为该工程中多种控制系统并存互联提供了可能，也在物流中心建设的各阶段，和物流中心各个子系统之间的联系方面给于了有力的保证，充分体现了其良好的兼容性和极强的可扩展性。
4.3先进性和适用性
早在六十年代，计算机进入到工控领域，采用集中控制方式，通过计算机的CPU进行逻辑计算和控制，但并没有能够构成网络系统。随后在七十年代出现了分布式控制系统(DCS)，通过各种专用网络（如环型、总线型网络等）将计算处理单元、现场检测单元、操作单元等结合成一个整体。通过对分布式控制系统的总结和优化，产生了现场总线(Field Bus)网络技术，包括Profibus、Cad Bus、Interbus、Modbus等。
由于各种网络技术兼容性差，多数通讯协议并不开放的特点制约了以上几种控制网络的发展和应用。未来的控制网络应是建立在开放、透明的摹础之上的，从这个角度出发，具有统一标准的、开放的、通用性好的以太网在工控领域被得到广泛的应用则是十分自然的事情。
随着技术的不断进步和发展，以太网数据传输速率也得到飞速地提升，由原来的10Mbbps到100llbps到目前的1000Mbps。自1995年底以来，IEEE802, 3u标准，1998年底以来．IEEE802. 3z标准的制定和通过，以及网络设备成本的迅速下降，使得快速以太网技术在很短的几年时间里得到普及应用。
快速以太网相对与1OMbps以太网比较而言，它继承了以太网相对简单的特性，而速度却提高了10倍和100倍，因此具有很高的性能价格比。尽管目前千兆网络在生产级网络中还很少运用，相应设备、端口、长距离光纤成本还相对较高，但我们相信在未来的几年里，随着港口项目管控一体化需求不断深入，千兆以太网将成为控制系统网络通讯技术的主流。从另一个角度来讲，快速以太网技术的普及应用也得益于IEEE802. 3u标准的制定，由于这个标准并不隶属于某个公司，不同于IBM的Token Ring以及HP的100VG AnyLAN技术，它是完全开放的国际标准，这种优势从很大程度上促进了快速以太网技术的应用。
目前以太网通讯主要采用的TCP／IP协议是国际标准，由于TCP／IP自身灵活的特点，绝人多数的工业网络技术都可以将TCP/IP作为其传输的载体，利用以太网设备众多，成本低廉，而互联性能和通讯性能好的特点，被广泛应用。
以太网采用的是冲突检测，载波侦听多址访问(CSMA/CD)控制协议，这种协议在对数据传输有实时性要求的工业控制应用领域中存在潜在的问题，而快速交换式以太网技术的诞生，使得这个问题迎刃而解。传统lOMBps以太网的通讯表现能力基本上与专用的控制网络如Modbus PLUS、Control Net等基本上相同，而目前流行的百兆、千兆快速以太网技术则在性能上大大优于专用控制网络。
以太网技术和设备在对光纤应用方面的很好支持，如方便、灵活、价格低等多个优点，使其在远距离的工业控制应用中发挥了巨大的作用。
整个长廊输送系统中充分运用了快速以太网这一先进技术，采用100M工业以太网通讯产品，无论在技术领先和通讯性能上对物流中心的应用都是满足的，使得整个系统成为高效的、现代化的煤、炭输送系统，运营成奉降低，环保效果显著，同时又适用于物流中心的长时间运转，具有行业的领先优势，提高了中心的行业地位．
5．发展
以太网支持光线传输技术，已经有无线以太网在丁控领域应用的例子，这使得那些有线网络敷设困难或具有移动通讯需求的应用得以实现。
一些主流的控制系统供应厂商在近几年陆续推出了Ethernet IP, Modbus TCP/IP，ProfiNet等技术和相关的产品，以上这些都大大加快工业以太网逐渐成为控制网络技术应用的主流技术。
虽然工业以太网技术有这样多的优势，但从目前的实际应用情况来看，在短期内它还小能完全取代DCS和Field Bus．以及一些专用控制网络技术，如受恶劣环境、防爆等级、产品技术壁垒等因素的制约，设计人员还需要根据实际t程的应用进行取舍或配合使用。
