煤炭港口转接塔智能化网络集控平台设计

于 娜

秦皇岛港股份有限公司第六港务分公司

1 引言

某港口生产作业时利用已有的生产控制环网网络实现中控、各大单机、变电所、洒水除尘泵房等相互间的数据传输。随着环保要求的提升，对各类环保设备、设施的监控也应纳入到生产控制环网。港口各煤炭转接塔新增了微雾、洗带等环保除尘设备，要求这些环保设备随生产设备启停，但现场环境复杂恶劣，不便于操作，因此对新增环保设备及原有皮带机运行状况的监控亟需实现远程控制。

2 总体思路

首先对生产作业现场进行调研，分析生产控制环网的结构以及微雾、洗带等环保设备电控系统的特点；然后依据调研情况制定技术方案，即各转接塔加装PLC控制环保设备的启停，各塔的PLC接入生产控制工业以太环网；随后进行光纤敷设、电气箱配盘、PLC模块安装以及上位界面的开发、PLC程序编写等工作；最后进行现场调试工作。

3 关键技术

3.1 原生产控制环网网络结构分析

该港口生产控制环网分控制级和现场级两个层面，网络结构见图1。

图1 生产控制环网网络结构示意图

现场级分为两层，中控室、4个变电所和洒水泵房的PLC直接通过光纤工业以太环网与中控室的工程师站和服务器通讯。11台生产作业大机的PLC数据先通过无线工业以太网通讯至转接塔，再通过光纤连接到3个变电所，最后通过光纤以太环网连接中控室的工程师站和服务器。

控制级分为两层，中控室的工程师站和服务器通过工业以太网连接各PLC，进行数据的组态、采集和控制；3台客户机通过标准以太网与服务器连接，进行上位的监控与操作。

中控室、变电所、洒水泵房的以太网交换机构建成工业以太网冗余环网，能够有效分担网络节点，并且在其中一个交换机故障时能快速重构网络，不影响生产运行，且便于扩展和维护。环网为千兆级工业以太网光纤通信，网络速率快，抗干扰性强，便于扩展且不需组态，便于维护。部分转接塔安装有环网交换机，可为各单机与中控、变电所的通讯提供路由。在各塔上并未配控制塔内设备的PLC，为便于对各塔环保设备的控制，应新增专门控制各环保设备的PLC。

3.2 转接塔集控系统方案设计

3.2.1 硬件设备选型及组态

该港口各大生产作业单机所用PLC均为西门子S7-400系列，环网中的光电转换模块和交换机等也均为西门子品牌产品。由于转接塔对于作业单机而言属于相对较小的控制系统，考虑到设备的兼容性问题，选用西门子S7-300系列PLC对各转接塔的环保设备进行控制。因为组网的需要，S7-300 PLC CPU的PN口应不少于两个，选用CPU的型号为SIMATIC S7-300 CPU 315-2 PN；选用触摸屏的型号为SIMATIC HMI KTP1200 基本版；光电转换模块的型号为SCALANCE X101-1LD IE。触摸屏用西门子博途软件进行组态。

3.2.2 转接塔PLC和触摸屏并入生产环网

为将转接塔PLC和触摸屏并入生产控制环网，确定了如下3项设计原则。

(1)各转接塔与各作业单机在环网中地位相同。

(2)各皮带机由对应变电所(SS1、SS2、SS3)的PLC进行控制，各转接塔的微雾、洗带等环保设备应用对象为各条皮带，故将各变电所环网交换机作为转接塔PLC和触摸屏并入生产控制环网的接口。

(3)由于各转接塔到对应变电所的距离较远，选用更适用于远程通讯的单模光纤，而不是原生产控制环网所用的多模光纤，来进行环保控制环网的搭建。

触摸屏带有PN口，其与各转接塔PLC之间为工业以太网通信。为实现远程访问各转接塔的PLC和触摸屏，需为各转接塔PLC和触摸屏分别赋予1个同网段的IP。但由于生产控制环网IP数量的限制，在各转接塔安装1个路由器，PLC和触摸屏均通过以太网接入对应的路由器，每个转接塔只需要1个IP即可。为实现远程监控各转接塔的PLC，利用路由器的虚拟主机功能，将PLC的内网IP作为虚拟主机映射出去(相应端口也映射出去)，可远程对各转接塔PLC进行查看、编辑和下载等操作。

SS1、SS2和SS3变电所生产环网交换机备用电口较多，这些电口均为100 Mbits/s RJ45接口，能够满足各塔PLC和触摸屏通讯数据量的要求，因此通过信号传输路径将各塔PLC和触摸屏并入该网段的生产控制环网。

3.2.3 PLC编程及上位界面开发

港口各皮带的信号均通过硬线引入对应变电所的S7-400 PLC，而各条皮带的运行状态决定了微雾、洗带设备的启停。通过硬线将各条皮带的微雾、洗带系统的输入和输出点引入各转接塔的S7-300 PLC，各条皮带对应变电所的S7-400 PLC将皮带运行状态通过控制环网传输给各转接塔的S7-300 PLC，继而由S7-300 PLC控制微雾、洗带设备的启停。

为实现S7-400 PLC与S7-300 PLC的通讯，在软件中建立单边S7连接，需在400 PLC中定义对应的数据块，在转接塔300 PLC中编写相关控制程序。利用触摸屏整合转接塔的微雾、洗带、皮带机保护装置等子系统，以便值岗人员进行监控。

4 结语

项目造完成至今，各转接塔集控系统通讯及上位监控系统运行稳定，实现了对微雾、洗带等环保设备的实时监控，也为今后监控转接塔照明、洒水等子系统预留了接口。新增转接塔PLC并接入生产控制环网，可提升皮带机沿线设备监控的自动化水平，实现生产控制环网对作业单机和环保设备的全覆盖。