工业以太网技术在输送系统改造中的应用

1 改造背景
      张家港港盛分公司煤炭码头原有皮带机16条，堆取料机1台，门机8台及筒仓6座，系统采用施耐德公司984PLC来实现自动化控制。整个PLC系统的信号采集和一次供电分别分布在4个不同位置的分控站里，分属4个分控站的输送带信号先进入分控站，再由电缆连接到中控室的PLC上，最后通过施耐德984PLC实现输送系统的控制与堆取料机和门机及筒仓连锁的功能。对于系统中的每一条输送带，具有就地控制、分控站控制和中控控制3种控制方式，其中中控控制是通过中控室操作台上的按钮进行操作，并通过中控室的模拟显示屏来实现监控的。
　　由于业务的发展和生产的需要，公司将新增和改造输送带共5条，增加堆取料机1台、装船机台、远程控制站1个，并根据增加的设备设计新的工作流程。由于原有系统设计较早，984PLC的备件已无法购买到，部分流程功能已无法使用，最为重要的是，必须在整个改造过程中不影响正常生产，老系统到新系统的切换必须在3天内完成，改造的难度相当大。在这种的情况下，我们在认真考虑目前各种工控方式特点的基础上，进行了方案比选。
2 改造方案比较
      目前可供选择的控制方式包括I／O信号采集方式、现场总线方式和工业以太网方式等。
　　如果采用传统的I／O信号采集控制方式，则与原来使用的系统一样，将输送带系统和与之相关联的设备的所有的保护信号和控制信号，通过普通电缆传到中控室的PLC上，再将PLC与电脑相连，通过PLC厂家提供的专用通讯协议把这些信号采集到计算机上，然后在计算机上组态，实现对整个系统的控制。
　　在这种控制方式下，每一条输送带的信号必须通过电缆先采集到分控站里，再通过分控站与主控制站之间的连接电缆传到PLC里，这就需要重新铺设大量的屏蔽电缆，成本高，耗时长，可能还会因为必须重查原有的电缆线而影响原系统的稳定，不能保证在改造中不影响生产。
　　在现场总线控制方式下，可以将每个不同的分站用一根电缆或光缆与中控室的主PLC连接起来，可大大减少现场布线，同时实现数据的较高速传送，减少系统调试时问。但是其传送数据的能力受到通讯距离的限制。由于现场总线形式的网络拓扑结构较为单一，为了保证网络的稳定性，对于PLC系统一般只能采用冗余网络的形式，如果网络上一个节点出现问题，就可能会导致整个网络的崩溃。
　　此外，由于现场总线基本上是各个PLC厂家专用，而本公司港口的设备众多，各种设备采用的品牌各不相同，这样很难实现设备的系统组网，整个公司设备管理的信息化、现代化很难实现。
　　随着计算机技术和互联网技术的发展，工业以太网控制方式的应用越来越广泛。工业以太网在技术上与标准以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性，特别是在实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。它具有以下显著优点：①可以方便地与现场总线相结合，如西门子的ProfiNet网络。②有其他传统网络无法比拟的传送速度和带宽，通信速率从l0M、100M增大到、10G。在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减少，即网络碰撞机率大大下降，保证数据的稳定可靠。③可以方便地实现对整个企业信息系统“一网到底”的功能。④已经正式成为工业控制领域的控制标准之一。因此我们在系统改造中采用了工业以太网的控制方式。
3 改造方案
      方案保留了原系统的控制和管理方式，输送带控制系统仍采用就地控制、分控站控制、中控控制种方式。其中中控控制放弃了以往常规采用的按钮控制方式，而以计算机控制系统代替，这样可以省去常规系统中大量占地的控制台及一大片的按钮和指示，以及原有模拟显示系统中的PLC部分，节省费用。图1为系统的主要网络结构。

图 1   系统 的主要网络结构 

　　系统中采用了分布式（DCS）的控制方式来实现对5个不同I／O站的控制功能，5个站之间采用光纤以太环网方式连接，这样可以大大减少电缆的铺设，同时由于光缆成本较低，可以大大节省费用。通过工业以太网直接与中控室的计算机连接采用普通网卡），然后在计算机上通过AB公司的组态软件RSview32对输送带的流程控制进行组态。可以根据实际流程的需要方便地对输送带的各种不同控制要求进行组态，当输送带的控制发生变化时也可以方便地进行修改。利用计算机网络可将这些设备的运行情况按照时间记录下来，并可通过普通的办公以太网将数据传送到公司的数据库内，便于实现公司的信息化管理。具体给态画面见图2。