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1、項目概述
    天津港散貨物流中心是天津市“十五”期間重點(diǎn)建設(shè)項目，是天津港“北煤南移”戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)，占地12平方公里，首期投資23.5億元，整個工程造價約28億元人民幣，工程建設(shè)期三年．建成后，有80余家小型煤炭場遷入其中的煤炭工藝區(qū)，從向形成一個目前國內(nèi)最人的煤炭、焦炭集教中心．規(guī)劃圖如下所示：
    物流中心東部為焦炭堆場，西部為煤堆場，兩堆場由八車道中央大道隔開．堆場堆取采用斗輪堆取料機(jī)系統(tǒng)，為南北向布置，煤炭出場時分別通過一條輸煤能力6000噸／小時的9公里的輸煤曲線皮帶和一條7.6公里輸焦炭曲線皮帶（輸焦炭能力1800噸／小時）運(yùn)至南疆港區(qū)，由南疆碼頭已建成的煤炭和焦炭堆存和裝卸系統(tǒng)堆運(yùn)，或通過煤碼頭焦炭碼頭的裝船機(jī)直接裝船。整個系統(tǒng)是高效的、現(xiàn)代化的輸送系統(tǒng)，可保證煤3000萬噸／年，焦炭1000萬噸／年的生產(chǎn)作業(yè)量．與此前的作業(yè)方式相比，不僅運(yùn)營成本降低，而且環(huán)保效果顯著，該工程的投付使用，極大改善了濱海新區(qū)的投資環(huán)境，成為天津港無污染運(yùn)輸?shù)臉?biāo)志性工程。
2、網(wǎng)絡(luò)需求
    物流中心集港運(yùn)輸采用封閉曲線長廊皮帶，保證煤、炭作業(yè)不會對周圍環(huán)境造成污染，但必須通過長廊皮帶機(jī)經(jīng)由碼頭裝卸設(shè)備才能完成其裝船工藝，所以物流中心堆場系統(tǒng)、長廊皮帶機(jī)系統(tǒng)和碼頭裝卸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接是各個控制系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)完成整個工藝系統(tǒng)作業(yè)成功的關(guān)鍵。
    由于物流中心、焦炭碼頭、煤炭碼頭分別是獨(dú)立經(jīng)營的公司企業(yè)，焦炭、煤炭碼頭分別于2000年和2001年建成并投入運(yùn)行，所以在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時需要考慮雙方系統(tǒng)互不十?dāng)_，只進(jìn)行控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換而不提供計算機(jī)一級的遠(yuǎn)程訪問功能，計算機(jī)一級的訪問將在物流中心ERP系統(tǒng)建立后統(tǒng)一考慮，另外兩個碼頭采用的控制系統(tǒng)不同，在網(wǎng)絡(luò)連接時也應(yīng)充分考慮。
    同時煤炭、焦炭長廊皮帶機(jī)分別由兩家外方承包，選用的控制系統(tǒng)不同，其頭部和尾部的網(wǎng)絡(luò)連接，與長廊港區(qū)控制系統(tǒng)的連接也是十分重要的環(huán)節(jié)。
所以說該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊距離長，異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)多是主要難點(diǎn)。
3、網(wǎng)絡(luò)方案
    根據(jù)以上特點(diǎn)，設(shè)計人員將整個控制系統(tǒng)劃分為長廊港區(qū)、后方煤炭堆場、后方焦炭堆場、焦炭長廊皮帶、煤炭長廊皮帶、焦炭碼頭、煤炭碼頭七個控制子系統(tǒng)，選用光纖工業(yè)以太網(wǎng)互聯(lián)方案，并采用TCP/IP作為網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)帶寬除與焦炭碼頭的連接為lOMBps（受網(wǎng)關(guān)的限制），其他連接均設(shè)計為100MBps。由于物流中心各個分系統(tǒng)由不同的廠商負(fù)責(zé)成套安裝，在系統(tǒng)成套前，作為總體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者，我們規(guī)定了各個分系統(tǒng)的IP地址范圍，使得網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備在出廠設(shè)置、單機(jī)調(diào)試、整體調(diào)試減少了重復(fù)工作。
    網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案如下圖所示：
    3.1長廊港區(qū)控制與堆場控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立
    長廊港區(qū)與堆場距離約有8公里，堆場負(fù)責(zé)向碼頭輸送貨物，實行24小時工作制，并隨時與船公司保持密切聯(lián)系，因此與堆場的通訊相當(dāng)重要。我們考慮到環(huán)網(wǎng)可以在網(wǎng)絡(luò)中某一段光纖中斷或某一個節(jié)點(diǎn)故障失效后可以自動切換到另外的網(wǎng)段的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計采用光纖環(huán)形以太網(wǎng)，以保證網(wǎng)絡(luò)的連通，同時將故障信息傳送到監(jiān)控系統(tǒng)，以便操作人員及時排除。
    3.2長廊港區(qū)控制與焦炭碼頭控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立
    長廊港區(qū)控制系統(tǒng)與焦炭碼頭控制系統(tǒng)采用的足相同廠家的PLC產(chǎn)品(均為施耐德QUANTUlUl系列PLC)．互聯(lián)相對簡單，但是物流中心與焦炭碼頭足獨(dú)立的經(jīng)營單位，互相之間的訪問應(yīng)該受到限制，所以采用一個控制網(wǎng)關(guān)作為隔離，該網(wǎng)關(guān)只將控制數(shù)據(jù)存兩個控制系統(tǒng)之間傳送，這樣提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
    3.3長廊港區(qū)控制與焦炭長廊皮帶機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建屯
    焦炭長廊皮帶由外方獨(dú)立設(shè)計、施工，自帶單機(jī)控制系統(tǒng)，其PLC系統(tǒng)采用的是Roc kwell公司AB PLC產(chǎn)品，與焦炭港區(qū)PLC系統(tǒng)不問，所以采用一臺AB與MODICON協(xié)議轉(zhuǎn)換器作為網(wǎng)關(guān)進(jìn)行隔離，兩個系統(tǒng)之間只傳送相關(guān)控制信息。
    焦炭長廊皮帶機(jī)頭、尾站PLC通過光纖連網(wǎng)，構(gòu)成獨(dú)立系統(tǒng)，同時通過位于頭部的PLC控制系統(tǒng)與焦炭長廊港區(qū)控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，且長廊港區(qū)PLC作為長廊皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)收集所有關(guān)于長廊皮帶機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)信息，并在中央控制室的計算機(jī)監(jiān)控畫面上進(jìn)行顯示和相關(guān)的啟、停、變頻調(diào)速等控制。
    3.4長廊港區(qū)控制與煤炭碼頭控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立
    煤炭長廊港區(qū)控制系統(tǒng)與煤炭碼頭控制系統(tǒng)采用的也是不同廠家的PLC產(chǎn)品（碼頭為Rockwell AB產(chǎn)品），所以也需要一臺協(xié)議轉(zhuǎn)換器作為網(wǎng)關(guān)進(jìn)行隔離，兩個系統(tǒng)之間只傳送控制信息。
    3.5長廊港區(qū)控制與煤炭長廊皮帶機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建立
    煤炭長廊皮帶機(jī)是由外方獨(dú)立設(shè)計、施T的，所以煤炭長廊皮帶機(jī)有一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)。而煤炭長廊皮帶PLC系統(tǒng)采用的足TE公司的PLC產(chǎn)品，與煤炭長廊港區(qū)控制系統(tǒng)不問，所以采用一臺TE與MODICON卸議轉(zhuǎn)換器作為網(wǎng)關(guān)進(jìn)行隔離，兩個系統(tǒng)之間只傳送相關(guān)控制信息。
    煤炭長廊皮帶機(jī)自身通過光纖將頭部、尾部的兩套PLC相連獨(dú)市成網(wǎng)，并通過位于頭部的PLC控制系統(tǒng)與煤炭長廊港區(qū)控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，且長廊港區(qū)PLC作為兩條長廊皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)收集所有關(guān)于長廊皮帶機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)信息，并存中央控制室的計算機(jī)監(jiān)控畫面上進(jìn)行顯示和相關(guān)的控制。
    3.6控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)
    監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用支持以太網(wǎng)通訊的驅(qū)動，通過一臺監(jiān)控服務(wù)器．與控制系統(tǒng)PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，同時將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)廣播到各個監(jiān)控終端，并在其監(jiān)控畫面上進(jìn)行顯示。
4、方案特點(diǎn)
    4.1可靠性和安全性
    在本方案中通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用環(huán)形工業(yè)光纖以太網(wǎng)，可以對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理、故障診斷、屏蔽或關(guān)閉沒有使用的連接端口，限制非法訪問，同時采用光纖作為傳輸介質(zhì)，提高了整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抗干擾能力，使網(wǎng)絡(luò)在可靠性和安全性方面有了很高的保證。
4.2兼容性和可擴(kuò)展性
    由于物流中心建設(shè)是分階段進(jìn)行，包括長廊皮帶機(jī)系統(tǒng)、堆場翻車機(jī)、堆場系統(tǒng)都小是同步進(jìn)行，所以采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)作為通訊平臺，同時為該工程中多種控制系統(tǒng)并存互聯(lián)提供了可能，也在物流中心建設(shè)的各階段，和物流中心各個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系方面給于了有力的保證，充分體現(xiàn)了其良好的兼容性和極強(qiáng)的可擴(kuò)展性。
    4.3先進(jìn)性和適用性
    早在六十年代，計算機(jī)進(jìn)入到工控領(lǐng)域，采用集中控制方式，通過計算機(jī)的CPU進(jìn)行邏輯計算和控制，但并沒有能夠構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨后在七十年代出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)(DCS)，通過各種專用網(wǎng)絡(luò)（如環(huán)型、總線型網(wǎng)絡(luò)等）將計算處理單元、現(xiàn)場檢測單元、操作單元等結(jié)合成一個整體。通過對分布式控制系統(tǒng)的總結(jié)和優(yōu)化，產(chǎn)生了現(xiàn)場總線(Field Bus)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括Profibus、Cad Bus、Interbus、Modbus等。
    由于各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兼容性差，多數(shù)通訊協(xié)議并不開放的特點(diǎn)制約了以上幾種控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用。未來的控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是建立在開放、透明的摹礎(chǔ)之上的，從這個角度出發(fā)，具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、通用性好的以太網(wǎng)在工控領(lǐng)域被得到廣泛的應(yīng)用則是十分自然的事情。
    隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率也得到飛速地提升，由原來的10Mbbps到100llbps到目前的1000Mbps。自1995年底以來，IEEE802, 3u標(biāo)準(zhǔn)，1998年底以來．IEEE802. 3z標(biāo)準(zhǔn)的制定和通過，以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本的迅速下降，使得快速以太網(wǎng)技術(shù)在很短的幾年時間里得到普及應(yīng)用。
    快速以太網(wǎng)相對與1OMbps以太網(wǎng)比較而言，它繼承了以太網(wǎng)相對簡單的特性，而速度卻提高了10倍和100倍，因此具有很高的性能價格比。盡管目前千兆網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)級網(wǎng)絡(luò)中還很少運(yùn)用，相應(yīng)設(shè)備、端口、長距離光纖成本還相對較高，但我們相信在未來的幾年里，隨著港口項目管控一體化需求不斷深入，千兆以太網(wǎng)將成為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的主流。從另一個角度來講，快速以太網(wǎng)技術(shù)的普及應(yīng)用也得益于IEEE802. 3u標(biāo)準(zhǔn)的制定，由于這個標(biāo)準(zhǔn)并不隸屬于某個公司，不同于IBM的Token Ring以及HP的100VG AnyLAN技術(shù)，它是完全開放的國際標(biāo)準(zhǔn)，這種優(yōu)勢從很大程度上促進(jìn)了快速以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。
    目前以太網(wǎng)通訊主要采用的TCP／IP協(xié)議是國際標(biāo)準(zhǔn)，由于TCP／IP自身靈活的特點(diǎn)，絕人多數(shù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都可以將TCP/IP作為其傳輸?shù)妮d體，利用以太網(wǎng)設(shè)備眾多，成本低廉，而互聯(lián)性能和通訊性能好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。
    以太網(wǎng)采用的是沖突檢測，載波偵聽多址訪問(CSMA/CD)控制協(xié)議，這種協(xié)議在對數(shù)據(jù)傳輸有實時性要求的工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域中存在潛在的問題，而快速交換式以太網(wǎng)技術(shù)的誕生，使得這個問題迎刃而解。傳統(tǒng)lOMBps以太網(wǎng)的通訊表現(xiàn)能力基本上與專用的控制網(wǎng)絡(luò)如Modbus PLUS、Control Net等基本上相同，而目前流行的百兆、千兆快速以太網(wǎng)技術(shù)則在性能上大大優(yōu)于專用控制網(wǎng)絡(luò)。
    以太網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備在對光纖應(yīng)用方面的很好支持，如方便、靈活、價格低等多個優(yōu)點(diǎn)，使其在遠(yuǎn)距離的工業(yè)控制應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用。
整個長廊輸送系統(tǒng)中充分運(yùn)用了快速以太網(wǎng)這一先進(jìn)技術(shù)，采用100M工業(yè)以太網(wǎng)通訊產(chǎn)品，無論在技術(shù)領(lǐng)先和通訊性能上對物流中心的應(yīng)用都是滿足的，使得整個系統(tǒng)成為高效的、現(xiàn)代化的煤、炭輸送系統(tǒng)，運(yùn)營成奉降低，環(huán)保效果顯著，同時又適用于物流中心的長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，具有行業(yè)的領(lǐng)先優(yōu)勢，提高了中心的行業(yè)地位．
5．發(fā)展
    以太網(wǎng)支持光線傳輸技術(shù)，已經(jīng)有無線以太網(wǎng)在丁控領(lǐng)域應(yīng)用的例子，這使得那些有線網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)困難或具有移動通訊需求的應(yīng)用得以實現(xiàn)。
    一些主流的控制系統(tǒng)供應(yīng)廠商在近幾年陸續(xù)推出了Ethernet IP, Modbus TCP/IP，ProfiNet等技術(shù)和相關(guān)的產(chǎn)品，以上這些都大大加快工業(yè)以太網(wǎng)逐漸成為控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的主流技術(shù)。
    雖然工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)有這樣多的優(yōu)勢，但從目前的實際應(yīng)用情況來看，在短期內(nèi)它還小能完全取代DCS和Field Bus．以及一些專用控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如受惡劣環(huán)境、防爆等級、產(chǎn)品技術(shù)壁壘等因素的制約，設(shè)計人員還需要根據(jù)實際t程的應(yīng)用進(jìn)行取舍或配合使用。