現(xiàn)代港口物流系統(tǒng)的監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)通信

注 ： --OLM 光纖鏈路模塊

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)

在工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其是大型企業(yè)(如港口碼頭)的控制系統(tǒng)將是一個(gè)功能多樣而完善的通訊網(wǎng)絡(luò)，不但具有控制信號(hào)的采集、傳輸、控制輸出，還要具有故障報(bào)警、信息查詢、打印輸出、視頻監(jiān)控等功能。這樣一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)還必須具有與企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)甚至國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相連的接口，以備將來實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)內(nèi)部的信息交互或遠(yuǎn)程診斷功能?；谶@些要求，該工業(yè)過程控制系統(tǒng)采用雙環(huán)容錯(cuò)光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成企業(yè)局域網(wǎng)的超干網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)性能要求傳輸速率達(dá)到10Mbps。

中控室PLC主站是系統(tǒng)控制站的信息處理中心。它的主要功能是將其它遠(yuǎn)程PLC從站采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與存儲(chǔ)，并通過網(wǎng)絡(luò)送到各操作員站或工程師站的顯示屏上進(jìn)行顯示;同時(shí)，接受操作員站或工程師站的操作指令進(jìn)行處理后發(fā)送到PLC從站。

PLC主站主要由2套互為熱備份的S7-400H型PLC控制器組成，這是SIMATIC系列產(chǎn)品中性能最高、可靠性最好的一種PLC控制器。每個(gè)PLC控制器均設(shè)有1個(gè)PS407電源模塊、一個(gè)CPU-416H中央處理器模塊和一個(gè)CP443-1工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊，它們安裝在一個(gè)特殊緊湊的UR2-H機(jī)架上。這兩個(gè)CPU模塊上各插有Syne(同步)模塊，并通過光纜相互連接，實(shí)現(xiàn)了2個(gè)PLC控制器的相互數(shù)據(jù)通訊。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，2個(gè)PLC 控制器能自動(dòng)更新數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的一致性。當(dāng)某個(gè)PLC控制器出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)PLC控制器能自動(dòng)在中斷處接管后續(xù)所有信息處理工作，不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)，保證了系統(tǒng)正常運(yùn)行及與上位中控室計(jì)算機(jī)的通訊。

中控室S7-400H型主站的2個(gè)CPU模塊上各有1個(gè)PROFIBUS-DP通訊接口，它們通過光纖網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程PLC從站相連接;遠(yuǎn)程PLC 選用S7-200，通過現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O進(jìn)行單工通訊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行信號(hào)的處理與控制。分布式I/O采用SIEMENS的ET200S。ET200S系統(tǒng)具有較好的診斷功能。不僅模塊上的狀態(tài)和故障指示燈可提供當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息，而且模塊中的每個(gè)通道都能自動(dòng)生成清晰的文本信息，這些信息，如傳感器連線的短路或開路等故障信息，可通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)送到系統(tǒng)主站，在系統(tǒng)操作員或工程師站的顯示屏上進(jìn)行告警提示，以便及時(shí)處理。

每個(gè)PLC主站通過CP443-1工業(yè)以太網(wǎng)通訊模塊連接的雙重容錯(cuò)高速工業(yè)以太網(wǎng)與操作員計(jì)算機(jī)和工程師計(jì)算機(jī)相連。這樣冗余連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)某一網(wǎng)絡(luò)通道發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)激活另一網(wǎng)絡(luò)通道，以確保系統(tǒng)通訊的可靠性。PLC主站具有自診斷功能，系統(tǒng)在錯(cuò)誤對(duì)過程產(chǎn)生影響前就可探測(cè)錯(cuò)誤并發(fā)出警報(bào)。通過擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷功能可以對(duì)故障進(jìn)行快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。

本地PLC主站與遠(yuǎn)程PLC從站之間以及各遠(yuǎn)程PLC從站之間的室外通訊電纜采用多模光纖電纜，這樣不僅可預(yù)防雷擊，而且具有可靠的抗靜電、抗磁場(chǎng)干擾能力。選用先進(jìn)的OLM/S4光鏈路轉(zhuǎn)換器，各PLC控制器間形成環(huán)形的光纖網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了室外通訊網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)，光纖中的任意一根出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通訊均不會(huì)中斷，并能及時(shí)進(jìn)行故障告警，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠性。

5、結(jié)束語

本方案技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。S7-400與分布式I/O ET200S功能強(qiáng)、體積小，因此控制柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于檢查與維修。使用了PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，減少了電纜的鋪設(shè)量，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字通信，提高了數(shù)據(jù)傳送精度。所有部件在運(yùn)行過程中都能熱插拔，在更換CPU模塊時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)更新為當(dāng)前程序和數(shù)據(jù)，因此系統(tǒng)具有很好的聯(lián)機(jī)維修功能。

該控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以獨(dú)立的、單體的、分散的測(cè)量與控制設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，并把它們連接成為可以互相溝通信息，共同完成自動(dòng)化控制任務(wù)的控制與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。具備高度的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性，系統(tǒng)容錯(cuò)性能好。易于實(shí)現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和集成，從而為管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一體化集成奠定了基礎(chǔ)。