（菲尼克斯电气中国公司  缪 善 从）

    摘要：本文介绍了Interbus现场总线在输煤程控系统中的应用，详细研究了系统的架构、主要功能、以及现场总线的主要特点。该项目的应用结果表明，现场总线既满足了复杂的工艺要求，又提高了系统的合理性、经济性和可维护性。

    关键词：Interbus，现场总线，输煤程控，PLC

　　1 引言

　　Interbus现场总线是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的行业应用，已经成为最重要的和应用最广泛的工业现场总线标准。

　　输煤程控系统是火电厂辅机控制系统中重要的组成部分，其安全可靠运行是保证火电厂实现安全生产、高效运行的重要因素之一。输煤程控系统的工艺流程随火电厂的锅炉容量、燃煤品种、运输方式的不同而差别较大，并且具有使用设备多，分布范围广、电磁干扰强、现场作业环境恶劣等特点。

　　作为一种远距离传输能力很强的分布式现场总线系统，Interbus现场总线能将监控点做到彻底的分散，同时，其独特的环行数据流方式、强劲的系统集成及封装能力、安全可靠的互连互通特性、高效的负载均衡能力、极强的故障诊断能力、优秀的Web技术与应用之间的集成性、以及很高防护等级，都为控制系统的高稳定性和优化的系统性能提供了保障，也满足了输煤程控系统的高可靠性和灵活性的要求。火电厂输煤程控系统一般都采用顺序控制和报警方式，为相对独立的控制单元系统配备各种性能可靠的测量变送器。通过运用现场总线技术将各种测量变送器的输出信号接入对应的智能节点组成多个检测单元，然后挂接在Interbus现场总线上，再通过Interbus现场总线与上层的PLC系统集成，从而实现了对输煤系统进行有效快捷的监测和控制。

　　2 输煤系统的特点和对控制系统的要求

　　火电厂的输煤系统一般由卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统组成，主要承担从煤源到储煤场，再由储煤场到主机煤仓（原煤仓），或者直接从煤源到主机煤仓的卸煤、堆煤、上煤、配煤和备煤任务，以达到按时保质保量为机组提供燃煤的目的。它是火电厂十分重要的支持系统，也是保证机组稳发满发的重要条件。基于输煤系统在整个火电厂中的重要性，结合煤场面积大、分布范围广、工作环境恶劣、人工作业通讯难以畅通等特点，火电厂输煤系统一般利用现代成熟的PLC技术和现代总线网络通讯实现其控制功能，即输煤程控系统。输煤程控系统采用分布式控制系统（集中管理，分散控制系统），主要控制的对象包括：给煤机、三通挡板、皮带机、碎煤机、除铁器、犁式卸煤器等设备。

　　2.1输煤系统的特点：

    □生产任务重。为了保证锅炉用煤，输煤系统必须始终处于完好的状态，日累计运行时间达8—10h以上。
    □运行环境差、劳动强度大。输煤系统的现场环境恶劣，粉尘、潮湿、振动、噪声、电磁干扰都比较严重，给电气设备运行及检修工作都带来很多不便，还需要占用大量的辅助劳动力；
    □一次起动设备多，安全联锁要求高。同时起动的设备高达20～30台以上，在起动或停机过程中有严格的联锁要求，控制较为复杂。
    □控制点较为分散。输煤系统的设备数量多、分布范围广，各个控制系统的覆盖距离较远。

　　2.2系统功能：

    □运煤控制。实现运煤设备的自动启停及保护联锁，出力指示，紧急跳闸等，实现上煤自动化。
    □堆取控制。用于斗轮堆煤及取煤。
    □配煤控制。由重量传感器、超声波料位计或其它物位探测装置测定主厂房原煤仓的煤量分配。常用的配煤设备有犁式卸煤器、卸煤车。
    □转运站控制。用于运行方式及路径的切换，主要控制分流设备如挡板、分煤门、闸板门等，也包括辅助设备如磁铁分离器、金属探测器、木块分离器及给煤机等控制。
    □碎煤机控制。用于碎煤机起、停控制及过负荷保护，振动、超温保护联锁。
    □计量设备。带有瞬时值、累计值指示、打印、记录的电子皮带秤，可显示并记录进煤量、耗煤量等。
    □辅助系统控制。包括取样装置、除尘各集尘装置、暖通空调、冲洗排污、消除火警等装置的控制。
    □信号报警系统。设备和人员的安全保护动作，设备异常，煤仓间煤位高、低、超高、超低，动力电源故障，输煤设备及辅助、火警、除尘、集尘、取样、暖通系统的故障等均有事故报警。
    □控制屏。一个实现上述各控制要求及信号指示的控制屏，屏上有全系统的模拟流程指示。

　　2.3系统操作

　　2.3.1控制方式：

    □就地单步操作方式：在系统为“就地”状态，且就地无联锁关系时，操怍人员可以在输煤现场通过就地控制柜操作面板上的控制按钮对单个设备进行操作。该操作方式主要用于对就地设备进行检修及检验。
    □就地联锁操作方式：在就地联锁控制箱中打上联锁关系(即操作流程)，则设备的就地操作受联锁关系限制。该操作方式主要用于在程控系统出现故障时保证生产的正常进行。

　　2.3.2全厂急停：

　　系统的“全场急停”按钮可立即停运所有输煤设备。

　　2.3.3联锁保护：

　　联锁保护应阻止任何设备超出顺序的起动，当皮带机的速度达到一定值时起动下一级设备。

　　安全闸联锁是自故障设备开始按次序瞬时停止煤流上游段设备。当安全保护装置动作时，控制盘上发出指示和报警，并且原在关的输煤系统设备不能再起动。只有当所有的保护已复位和按了“故障解除”按钮后，才能起动系统。

　　停运输煤系统时，控制系统建立停运联锁程序。即按顺煤流方向延时停止设备以便将设备上的余煤出清。

　　联锁保护可根据现场的实际情况选择投入与切除。当选用程控方式上煤时，联锁功能已经自动投入了并发挥作用。选用手动方式时，可以投入联锁或解除联锁。一般情况下，只有在调试单个设备时，才能把此设备从联锁中解除。正常情况下，联锁保护必须投入，以保证工厂的正常安全生产。

　　3  Interbus现场总线

　　Interbus现场总线是世界上最早的工业现场总线，早在1984就由德国phoenix Contact公司研发，1987年正式在汉诺威博览会上展出。由于该现场总线的广泛应用和快速发展，已经先后成为德国DIN19258标准，EN50254欧洲标准、IEC61158国际标准和JB10308中国国家标准。Interbus现场总线的传统应用领域是汽车工业，它是不仅是最早进入汽车工业的现场总线，也是现在世界汽车行业最受欢迎的现场总线。近十多年来，现场总线技术的发展，对实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用。大量的现场智能设备可通过各种途经连接到Interbus现场总线上，通过网络互相通信，实现智能化现场设备的功能自制性、系统结构的高度分散性以及管控一体化。Interbus现场总线已广泛地应用于汽车工业、烟草工业、物流系统、以及电力、冶金、水泥等需要大宗物料输送的过程自动化行业。Interbus现场总线在系统布线、诊断和维修上对设计、集成和用户都将带来方便和收益。至今，全球已有1000多个生产厂家提供2500多种Interbus现场总线产品，在世界范围内应用的工程数量达到七十八万多个，应用节点数已达六百五十万个，位居全球第二。

　　Interbus可以这样迅速的发展，是因为这个总线协议确实有它自己的特点。Interbus现场总线的物理层采用RS485串行通信标准，传输介质可为屏蔽双绞线、光缆或红外线，最多分支达16层。Interbus总线传输距离最长达到12.8公里（双绞线），两个从站间距就可以达到400米（双绞线），网络拓扑结构为树型，单主站最多可连接255个从站，易于扩展、易于分层，恒定的传输速率500Kbps时，扫描4096个I/O点的时间为7.8毫秒。总线采用独特的环型组网形式和传输协议，它具备其他总线所没有的准确的故障定位、详实的故障信息。三种传输媒介在从站间可以混合使用，有效数据传输效率高达52% 。 即插即用、无须设定地址、无须终端电阻。这里很多特性都是Interbus所独有的，这些特性在很多工艺场合可以体现出它独有的优势：

    开放的系统。符合国际和国内标准，可与主流PLC相连接（Rockwell/Siemens /Schneider）易于扩展，简单、易用。

    传输距离远。两站之间＜400M，可选用电缆，两站之间＞400M，而＜2000M可选用光缆。在同一系统中，三种传输媒介（双绞线、光纤、红外）可以根据需要混合使用，极大满足了现场的工况需求。

    强大的诊断功能。独立的诊断程序提供了详细的故障信息（故障地址、故障类型和故障历史记录），诊断寄存器提供了用户程序处理故障信息的工具，极大地方便了系统集成和日后维护。

    温度范围广。可在-250C ～+550C之间正常工作，可完全满足我国北方地区冬季寒冷的工作环境。

　　4  Interbus在输煤程控系统中的应用方案

　　4.1工程概况及系统简介

　　东北某发电厂2×600MW机组采用两台机组公用一套输煤系统的方式，承担电厂的卸煤、运煤、堆煤、取煤和配煤任务，以达到按时保质保量为机组提供燃煤的目的。由于该电厂发电机组容量大，并且是两台机组公用一套输煤系统，对煤炭的需求量非常大，为了避免一条上煤通路成为瓶颈，耽误正常生产，设计了两条上煤通路，一路运行，一路备用，也可以两条通路同时运行，分别向两个不同的目的地运煤。系统采用一台Rockwell公司的Controllogix 系列PLC，与两台上位监控操作站通过以太网相连，上位监控操作站和PLC设于输煤程控控制室，现场设一个主站、二个远程I/O站、五个从站（码头三个、煤堆 ，煤场抓斗机各一个），共2500个I/O点。控制对象包括：皮带机21条，斗轮堆取料机2台，滚轴筛2台，环式碎煤机2台，清水泵2台，振动器30台，刮水器2台，电动三通挡板16台，入炉煤取样器2台，除尘器15台，叶轮给煤机6台，盘式电磁除铁器2台，带式电磁除铁器8台，皮带采样装置2台，卸料车2台，共计114台设备。

　　4.2系统方案论证

　　由于该系统控制设备数量多、分布广、距离远，现场作业环境恶劣，绝大多数为户外露天使用。如采用传统的PLC远程站方式控制，在每个设备站单设一个远程站，将会使成本大大提高，另外，PLC模块的防护等级较低,工作时温度范围一般为0℃～40℃，难于适应恶劣的现场环境和东北冬季较低的气温(最低－20℃)；如把PLC远程站设于煤场附近的其他控制室内，则将耗费大量的控制电缆、电缆桥架，并且极大的增加了敷设电缆及安装桥架的施工工程量和加大了日后控制电缆的维护工作量。针对上述情况，面对这种设备控制分散、设备布置距离远、控制点数多的作业现场，利用PLC远程站方式难于有效的解决以上在成本、恶劣环境、冬季低温及日常维护量大等诸多问题。因此，为适应上述工艺要求及现场条件，需设计一种价格低廉、布线简单、维护方便、适应现场环境、工作安全可靠的控制系统方案。

　　4.3 系统结构设计

　　对于系统结构设计，根据输煤程控系统工艺的特点及Interbus现场总线的优势，依照国际自动化技术和现场总线控制系统的发展趋势，本着系统结构简单实用、技术先进、系统扩展方便、操作安全可靠、易于管理和维护等原则，设计成一个由计算机、PLC、Interbus现场总线组成的多级、开放式的集散型数据采集和监控管理系统。

　　输煤程控系统采用一台Rockwell的大型Controllogix PLC作为控制主机，CPU选用1756-L55M24,配有一个Controllogix PLC的1756-ENBT以太网接口模块，用于与上位监控操作站的网络连接，另配有一个PhoenixContact的Interbus控制卡SST IBS CLX RLL，Interbus总线在第一个站通过IBS IL 24 RB-T分枝模块，对网络的物理拓普进行树型分枝，一路控制输煤程控室和转运站；另一路分枝总线控制煤仓间和碎煤机室；每个控制站配有一个Interbus总线适配器IBS IL 24 BK-T/U-PAC和一个标准电源模块PS240AC/24DC,各控制站视现场控制点数的多少，配置不同的I/O,控制站最多的配置为18点输入，8点输出；控制站最小的配置为8点输入。系统共设有114个现场控制站，控制点数约2500个。系统所配模块为Phoenix Contact的fieldline系列产品，防护等级IP67,工作温度范围为-25℃ ～+55℃，完全适应于东北地区的冬季低温环境。现场控制站也可设置在防护等级为IP67的现场控制箱内，以适用于现场的恶劣环境。

　　由于转运站与两路输出的现场总线控制站较远，超过了800M，同时两个相邻总线距离也超过了400M，因此，上述应采用多模玻璃光纤作为传输媒介，其它控制站之间的距离都在400M之内，所以均采用双绞线方式传输总线数据。采用Interbus现场总线方案所需敷设的总线电缆约为5km，控制电缆约8km，4芯光缆2km，总计15km，远低于采用PLC系统所需的120km控制电缆。

　　该系统通过Interbus现场总线可实现对每条皮带设备进行自动控制，每条皮带均有一个就地控制按钮和一个遥控控制按钮组成，根据Interbus现场总线传输的指令数据自动控制皮带机的起停。输煤系统PLC通过交换机与两台上位监控操作站连接，监控操作站选用西门子公司的工业PC,型号为IL40S，配21”液晶彩显。上位监控软件配置两套Intouch9.0无限点运行版软件，完成输煤控制系统的操作、监控、输煤状态画面显示及故障状态显示等功能。输煤控制系统作为整个煤码头控制系统的一个子系统经交换机与设于中央控制室的控制系统服务器交换数据，输出输煤系统的运行信息。

　　5 结束语

　　Interbus现场总线在火力发电厂输煤程控系统中的成功设计及应用，较好地解决了火力发电厂输煤系统所面对的控制设备数量多、分布广、信号传输距离长、现场环境恶劣、设备维护困难等多种不利因素，是Interbus现场总线控制系统首次在国内电厂输煤系统上的应用，该系统的建成，使现场总线控制系统在火力发电领域得到了进一步的推广和应用，对同类型发电厂的控制系统采用现场总线控制系统有着积极的促进作用。同时，对火力发电厂的输送工艺系统设备大规模采用现场总线控制产品打下了坚实的基础。

　　参考文献：

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　　[3] 黄世圣. 火力发电厂输煤程控系统[A]. 工业自动化应用实践, 2002,(07)