史正勇

    首先就大型港口泊位噴淋降塵所采用的西門子產品的技術方案進行了明確,大型泊位采用了西門子 CP342-5 進行 DP 網絡的擴展,小型泊位采用 TIM 無線通訊模塊完成港口分散泊位的集中數據采集與實時監控。其次,采用了西門子 STEP7 V5.3 WINCC V6.0 SIMATIC S7-300 進行編程及上位畫面的制作。控制系統還涉及到 MM430 變頻器的參數設置和 DP 網控制。最終很好的實現了大型港口分散泊位的控制要求。

    唐山港口投資有限公司 5 #、 6 #、 8 #、 31 #泊位儲煤場共設有 5 個通用散貨堆場。一條為焦煤堆場,其余四條為焦炭堆場,其中, 31 #泊位總面積約 20 萬平方米, 5 #、 6 #、 8 #泊位面積為 6 萬平方米 。裝卸作業以流動機械完成。載煤車輛進港后,將煤卸入儲煤廠內儲存、轉運。來煤載儲存、轉運過程中產生大量得粉塵,造成嚴重得環境污染,因此,為滿足散貨堆場得除塵要求,以噴淋降塵的方式,選擇物化好、旋轉靈活、防凍、耐用的噴淋設備及性能穩定的控制設備是此環境污染問題最好解決方案。

    為滿足港口泊位噴淋降塵環境及控制要求,由航星國際自動控制工程有限公司設計并采用了西門子控制系統產品,很好的滿足了現場環境及控制要求,既提高工作效率,減輕工人體力勞動,又安全,是一項具有很大社會經濟意義的工作。

    港口泊位噴淋降塵系統,采用了多項 SIEMENS 的產品和技術,如:主控制單元的 DP 網絡擴展以滿足大面積分布式 I/O 要求,無線傳輸技術以滿足分散小型泊位的調度要求,變頻調速技術以滿足供水壓力的要求等等。 技術的成熟性和可靠性,為我們的產品走向市場打下了良好的基礎。

 

一、控制系統介紹及構成

 

1 .控制系統的基本構成

整個泊位的控制系統由 4 SIEMENS PLC 組成,其中總調度單元,即 31 #泊位采用了 CPU315-2DP TIM 4V 無線通訊模板作為主站,構成總調度室,其余 3 PLC 采用 CPU315-2DP TIM 3V 無線通訊模板作為從站,構成了 5 #、 6 #、 8 #泊位控制單元。總調度單元通過 DP 網絡來實現對兩用一備 MM430 變頻器的 PID 控制,從而實現堆場噴槍的給水噴淋。 5 #、 6 #、 8 #泊位控制單元通過 DP 網絡來實現對各自兩用一備 MM430 變頻器的 PID 控制,并把自身的數據,如泵的運行狀態參數、泵出口壓力,泵出口流量、水池液位及噴槍的運行狀態數據傳送至總調度室,便于實時檢測和統計。

31 #泊位堆場設置四排總計 12 個遠程 ET 200M 站,每排設置 3 個遠程站,每個站最多控制 5 個噴槍,噴槍與噴槍之間的間隔距離為 50m 5 #、 6 #、 8 #泊位堆場各設置一個遠程 ET 200M 站,各對 5 個噴槍進行控制。

具體控制系統原理圖如下:

                                  圖 1 控制系統原理示意圖

 

2 .控制系統問題要點及解決方式

由于港口泊位的分散性、區域規劃的不同性以及分散區域泊位面積的大小各異性,因此,對分散港口泊位控制系統需要有集中的控制與指揮系統,考慮到經濟性因素,本控制系統采用了以 31 #泊位為指揮控制中心, 5 #、 6 #、 8 #泊位為分散控制中心,但是現場遇到了急于解決的問題:

31 #泊位接近 20 萬平方米的區域網絡如何布置

由于 31 #泊位面積較大,不能通過 CPU315-2DP 自帶的 DP 口來進行網絡的擴展(如果這樣的話,布置 DP 線需要接近 2 公里 ),從理論上來說,系統是不能進行正常通訊的;如果通過布置光纖的方式,成本費用較高,不能實現經濟性要求。因此,基于現場實際考慮,采用了 SIEMENS CP342-5 模板來進行 DP 網絡的擴展,在 CPU315-2DP 自帶的 DP 口的基礎上,增加了 3 CP342-5 模板來進行 DP 網絡的擴展,實際最后一塊 CP342-5 模板擴展的 DP 網段通訊距離達到了 1100 米 左右,通訊速率為 187.8kbps 。系統運行至今,網絡通訊都很正常。

                          圖 2 31 #泊位堆場及噴槍站

 

由于系統采用了 CP342-5 來進行網絡擴展, CP342-5 作為主站來進行通訊。因為 CP342-5 通訊接口區不是 I 區和 Q 區,而是虛擬的通信區,因此,必須調用 CP 通訊功能塊 FC1 FC2

⑵ 分散泊位控制方式的選擇

由于港口泊位的分散性,除了 5 #、 6 #、 8 #、 31 #泊位投入正常使用以外,其余的大小泊位正處于建設當中。總調度室要求分別對 5 #、 6 #、 8 #泊位進行數據的集中采集和實時監控。由于各泊位比較分散,距離比較遠,通過硬接線或光纖的方式都很難保證要求,而且無形中增加了維護負擔,從經濟性角度來講,也不合理。最后,在控制系統硬件的配置上采用了 SIEMENS TIM 無線通訊模板結合 MDS2710 無線數傳電臺來實現數據的交換,雖然在數據交換上有短暫的延時,不能像硬接線的方式那樣快,但是已經足以滿足現場要求。設計過程中,我們采用了 TIM 4V Master TIM 3V Station 的遠程無線通信的方式,電臺采用了 MDS 公司的 MDS2710 數傳電臺,通過一只 RS232 串口電纜實現 TIM MDS2710 的接口連接,通訊速率設為 231.75MHZ 。此時,以 31 #泊位的 TIM 4V 為主站,建立起了以 5 #、 6 #、 8 #泊位的 TIM 3V 為從站的無線通訊。

                                  圖 3 系統 NetPro 網絡圖

 

3 .噴淋系統及程序結構

⑴ 噴槍站系統結構

港口泊位的噴槍系統主要由以下幾個部分組成,如圖 4 。噴槍控制要求檢測供水的壓力、噴槍站體溫度。在控制上,主要由電動蝶閥和卸水電磁閥來完成噴淋作業。電動蝶閥主要負責噴槍的噴淋工作,卸水電磁閥主要負責在噴槍噴淋結束后,卸掉多余的沉積積水,主要用來防止冬天過冷結冰而凍裂噴槍站,當然,噴槍站體有溫度檢測及電加熱單元,以防止過冷的情況發生。噴槍站系統也有手動蝶閥,主要是應急關閉噴槍站的噴淋作業使用。

                           圖 4 噴槍站結構圖

 

⑵ 噴淋系統程序結構

噴淋系統由就地 / 遠程兩種控制方式,通過噴槍站內的選擇開關進行選擇操作,噴淋的方式也比較多,主要分為:

•  單搶噴淋:指場區內任意一只噴槍被選擇時工作,這種方式一般在系統調整時使用;

•  分組噴淋:指相鄰的兩只噴槍作為一組的噴淋方式,這是實際噴淋工作的最小單元;

•  多組循環噴淋:在被選定的多組噴槍內依次工作一定時間,該方式為常用工作方式,適合于大多數場合的使用,同時也是比較經濟和有效的工作方式;

•  分區噴淋:每個分區設有特定的幾組噴槍,工作時在選定的幾個區內實現噴槍自動循環噴淋方式,這種方式也是常用的工作方式;

•  定時噴淋:一種自動工作方式,主要是指控制器按照預先設定的時間在整個噴灑區域內自動啟動和停止的工作。

針對如上的五種噴淋方式,分別編寫了五個子程序及共同調用的卸水閥卸水子程序,具體程序結構如下:

         自動控制

                                                手動控制

                                 圖 5 噴槍控制系統程序結構

                            圖 6 噴槍控制系統 WINCC 畫面

 

對泊位控制系統,通過使用 SIEMENS WINCC V6.0 來實現人機界面的編制,噴槍站控制系統畫面如上。噴槍站實際運行過程中,現場畫面如下:

                             圖 7 堆場噴槍運行情況

 

三.結束語

京唐港 5 #、 6 #、 8 #、 31# 泊位噴淋降塵控制系統自 2005 年投入運行至今,一直處于正常運行狀態,不僅保證了現場作業有條不紊的進行,而且對于周邊的海域以及港口城市起到了很好的環境治理作用。

港口泊位噴淋降塵系統,采用的優秀的人機界面,告別了以往以人工方式的噴灑作業系統所帶來的人身安全。不僅提高了工作效率,對于美化港口環境,維護城市的形象上有著非常好的帶頭作用。時直至今,對于散貨堆場,尤其是裝煤堆場及鐵礦粉堆場,必須采用相應的噴淋降塵措施,避免黑色及紅色煙塵彌散所帶來的各種負面影響,港口泊位噴淋系統的正常投入運行,在相關行業也起到了示范帶頭作用,在未來,這也將形成一定的規模,不僅在港口,在別的行業也都如此。

四.應用體會

本文主要針對港口泊位散貨堆場噴淋降塵系統,就系統設計、理論分析及港口泊位碼頭 SIEMENS 產品的經濟性應用這一塊作了比較詳細的描述,其中,主要解決的關鍵問題如下:

采用 SIEMENS S7 控制器,可以方便的實現針對特定工藝要求的硬件組態及編程,并能實現復雜的控制規律;

在大型泊位 DP 網絡構建系統中,采用了比較經濟的網絡構建方式, SIEMENS CP342-5 模板的使用更加符合需要,高可靠實時性強的現場總線技術得到了合理的應用。 PROFIBUS 現場總線技術能實時的完成數據的采集、控制、調度及通訊要求。

對港口分散泊位的數據集中調度管理和實時監控方面, SIEMENS TIM 模板結合數傳電臺起到了經濟節約的作用,方便總調度室實時監控分散泊位設備的運行狀態并能進行數據的實時統計。

本論文最重要的一點是結合現場總線技術和無線通訊技術,通過采用 SIEMENS 產品,比較經濟、實用的滿足了現場作業要求。

 

 

2013年09月09日

西門子產品在港口泊位噴淋降塵中的應用

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