史正勇

    首先就大型港口泊位喷淋降尘所采用的西门子产品的技术方案进行了明确,大型泊位采用了西门子 CP342-5 进行 DP 网络的扩展,小型泊位采用 TIM 无线通讯模块完成港口分散泊位的集中数据采集与实时监控。其次,采用了西门子 STEP7 V5.3 WINCC V6.0 SIMATIC S7-300 进行编程及上位画面的制作。控制系统还涉及到 MM430 变频器的参数设置和 DP 网控制。最终很好的实现了大型港口分散泊位的控制要求。

    唐山港口投资有限公司 5 #、 6 #、 8 #、 31 #泊位储煤场共设有 5 个通用散货堆场。一条为焦煤堆场,其余四条为焦炭堆场,其中, 31 #泊位总面积约 20 万平方米, 5 #、 6 #、 8 #泊位面积为 6 万平方米 。装卸作业以流动机械完成。载煤车辆进港后,将煤卸入储煤厂内储存、转运。来煤载储存、转运过程中产生大量得粉尘,造成严重得环境污染,因此,为满足散货堆场得除尘要求,以喷淋降尘的方式,选择物化好、旋转灵活、防冻、耐用的喷淋设备及性能稳定的控制设备是此环境污染问题最好解决方案。

    为满足港口泊位喷淋降尘环境及控制要求,由航星国际自动控制工程有限公司设计并采用了西门子控制系统产品,很好的满足了现场环境及控制要求,既提高工作效率,减轻工人体力劳动,又安全,是一项具有很大社会经济意义的工作。

    港口泊位喷淋降尘系统,采用了多项 SIEMENS 的产品和技术,如:主控制单元的 DP 网络扩展以满足大面积分布式 I/O 要求,无线传输技术以满足分散小型泊位的调度要求,变频调速技术以满足供水压力的要求等等。 技术的成熟性和可靠性,为我们的产品走向市场打下了良好的基础。

 

一、控制系统介绍及构成

 

1 .控制系统的基本构成

整个泊位的控制系统由 4 SIEMENS PLC 组成,其中总调度单元,即 31 #泊位采用了 CPU315-2DP TIM 4V 无线通讯模板作为主站,构成总调度室,其余 3 PLC 采用 CPU315-2DP TIM 3V 无线通讯模板作为从站,构成了 5 #、 6 #、 8 #泊位控制单元。总调度单元通过 DP 网络来实现对两用一备 MM430 变频器的 PID 控制,从而实现堆场喷枪的给水喷淋。 5 #、 6 #、 8 #泊位控制单元通过 DP 网络来实现对各自两用一备 MM430 变频器的 PID 控制,并把自身的数据,如泵的运行状态参数、泵出口压力,泵出口流量、水池液位及喷枪的运行状态数据传送至总调度室,便于实时检测和统计。

31 #泊位堆场设置四排总计 12 个远程 ET 200M 站,每排设置 3 个远程站,每个站最多控制 5 个喷枪,喷枪与喷枪之间的间隔距离为 50m 5 #、 6 #、 8 #泊位堆场各设置一个远程 ET 200M 站,各对 5 个喷枪进行控制。

具体控制系统原理图如下:

                                  图 1 控制系统原理示意图

 

2 .控制系统问题要点及解决方式

由于港口泊位的分散性、区域规划的不同性以及分散区域泊位面积的大小各异性,因此,对分散港口泊位控制系统需要有集中的控制与指挥系统,考虑到经济性因素,本控制系统采用了以 31 #泊位为指挥控制中心, 5 #、 6 #、 8 #泊位为分散控制中心,但是现场遇到了急于解决的问题:

31 #泊位接近 20 万平方米的区域网络如何布置

由于 31 #泊位面积较大,不能通过 CPU315-2DP 自带的 DP 口来进行网络的扩展(如果这样的话,布置 DP 线需要接近 2 公里 ),从理论上来说,系统是不能进行正常通讯的;如果通过布置光纤的方式,成本费用较高,不能实现经济性要求。因此,基于现场实际考虑,采用了 SIEMENS CP342-5 模板来进行 DP 网络的扩展,在 CPU315-2DP 自带的 DP 口的基础上,增加了 3 CP342-5 模板来进行 DP 网络的扩展,实际最后一块 CP342-5 模板扩展的 DP 网段通讯距离达到了 1100 米 左右,通讯速率为 187.8kbps 。系统运行至今,网络通讯都很正常。

                          图 2 31 #泊位堆场及喷枪站

 

由于系统采用了 CP342-5 来进行网络扩展, CP342-5 作为主站来进行通讯。因为 CP342-5 通讯接口区不是 I 区和 Q 区,而是虚拟的通信区,因此,必须调用 CP 通讯功能块 FC1 FC2

⑵ 分散泊位控制方式的选择

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,其余的大小泊位正处于建设当中。总调度室要求分别对 5 #、 6 #、 8 #泊位进行数据的集中采集和实时监控。由于各泊位比较分散,距离比较远,通过硬接线或光纤的方式都很难保证要求,而且无形中增加了维护负担,从经济性角度来讲,也不合理。最后,在控制系统硬件的配置上采用了 SIEMENS TIM 无线通讯模板结合 MDS2710 无线数传电台来实现数据的交换,虽然在数据交换上有短暂的延时,不能像硬接线的方式那样快,但是已经足以满足现场要求。设计过程中,我们采用了 TIM 4V Master TIM 3V Station 的远程无线通信的方式,电台采用了 MDS 公司的 MDS2710 数传电台,通过一只 RS232 串口电缆实现 TIM MDS2710 的接口连接,通讯速率设为 231.75MHZ 。此时,以 31 #泊位的 TIM 4V 为主站,建立起了以 5 #、 6 #、 8 #泊位的 TIM 3V 为从站的无线通讯。

                                  图 3 系统 NetPro 网络图

 

3 .喷淋系统及程序结构

⑴ 喷枪站系统结构

港口泊位的喷枪系统主要由以下几个部分组成,如图 4 。喷枪控制要求检测供水的压力、喷枪站体温度。在控制上,主要由电动蝶阀和卸水电磁阀来完成喷淋作业。电动蝶阀主要负责喷枪的喷淋工作,卸水电磁阀主要负责在喷枪喷淋结束后,卸掉多余的沉积积水,主要用来防止冬天过冷结冰而冻裂喷枪站,当然,喷枪站体有温度检测及电加热单元,以防止过冷的情况发生。喷枪站系统也有手动蝶阀,主要是应急关闭喷枪站的喷淋作业使用。

                           图 4 喷枪站结构图

 

⑵ 喷淋系统程序结构

喷淋系统由就地 / 远程两种控制方式,通过喷枪站内的选择开关进行选择操作,喷淋的方式也比较多,主要分为:

•  单抢喷淋:指场区内任意一只喷枪被选择时工作,这种方式一般在系统调整时使用;

•  分组喷淋:指相邻的两只喷枪作为一组的喷淋方式,这是实际喷淋工作的最小单元;

•  多组循环喷淋:在被选定的多组喷枪内依次工作一定时间,该方式为常用工作方式,适合于大多数场合的使用,同时也是比较经济和有效的工作方式;

•  分区喷淋:每个分区设有特定的几组喷枪,工作时在选定的几个区内实现喷枪自动循环喷淋方式,这种方式也是常用的工作方式;

•  定时喷淋:一种自动工作方式,主要是指控制器按照预先设定的时间在整个喷洒区域内自动启动和停止的工作。

针对如上的五种喷淋方式,分别编写了五个子程序及共同调用的卸水阀卸水子程序,具体程序结构如下:

         自动控制

                                                手动控制

                                 图 5 喷枪控制系统程序结构

                            图 6 喷枪控制系统 WINCC 画面

 

对泊位控制系统,通过使用 SIEMENS WINCC V6.0 来实现人机界面的编制,喷枪站控制系统画面如上。喷枪站实际运行过程中,现场画面如下:

                             图 7 堆场喷枪运行情况

 

三.结束语

京唐港 5 #、 6 #、 8 #、 31# 泊位喷淋降尘控制系统自 2005 年投入运行至今,一直处于正常运行状态,不仅保证了现场作业有条不紊的进行,而且对于周边的海域以及港口城市起到了很好的环境治理作用。

港口泊位喷淋降尘系统,采用的优秀的人机界面,告别了以往以人工方式的喷洒作业系统所带来的人身安全。不仅提高了工作效率,对于美化港口环境,维护城市的形象上有着非常好的带头作用。时直至今,对于散货堆场,尤其是装煤堆场及铁矿粉堆场,必须采用相应的喷淋降尘措施,避免黑色及红色烟尘弥散所带来的各种负面影响,港口泊位喷淋系统的正常投入运行,在相关行业也起到了示范带头作用,在未来,这也将形成一定的规模,不仅在港口,在别的行业也都如此。

四.应用体会

本文主要针对港口泊位散货堆场喷淋降尘系统,就系统设计、理论分析及港口泊位码头 SIEMENS 产品的经济性应用这一块作了比较详细的描述,其中,主要解决的关键问题如下:

采用 SIEMENS S7 控制器,可以方便的实现针对特定工艺要求的硬件组态及编程,并能实现复杂的控制规律;

在大型泊位 DP 网络构建系统中,采用了比较经济的网络构建方式, SIEMENS CP342-5 模板的使用更加符合需要,高可靠实时性强的现场总线技术得到了合理的应用。 PROFIBUS 现场总线技术能实时的完成数据的采集、控制、调度及通讯要求。

对港口分散泊位的数据集中调度管理和实时监控方面, SIEMENS TIM 模板结合数传电台起到了经济节约的作用,方便总调度室实时监控分散泊位设备的运行状态并能进行数据的实时统计。

本论文最重要的一点是结合现场总线技术和无线通讯技术,通过采用 SIEMENS 产品,比较经济、实用的满足了现场作业要求。

 

 

2013年09月09日

西门子产品在港口泊位喷淋降尘中的应用

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