GEPLC與iFIX4.0控制系統(tǒng)在礦井排水處理站中的應(yīng)用

　　1、概述
　　
　　寺河礦礦井排水處理站改擴(kuò)建工程是寺河礦井工業(yè)場地供水系統(tǒng)的重要組成部分。礦井排水處理站改擴(kuò)建的目的是完善現(xiàn)有礦井排水處理站工藝設(shè)施，增加部分輔助處理設(shè)施，提高處理量及自動化水平，保障礦井排水處理站良好運(yùn)行，提高出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，滿足工業(yè)廠區(qū)的用水需要。因此，對排水處理站的生產(chǎn)運(yùn)行實施全方面自動控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控，對降低運(yùn)行成本、加強(qiáng)生產(chǎn)管理、減員增效、確保排水處理工藝的正常運(yùn)行和水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放、提升企業(yè)運(yùn)營管理的效率和品質(zhì)具有十分重要的意義。寺河礦礦井排水處理站改擴(kuò)建工程工藝流程如圖1所示。　　
　　2、系統(tǒng)描述
　　
　　根據(jù)寺河礦礦井排水處理站實際情況，生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)由上位監(jiān)測管理系統(tǒng)、以太網(wǎng)、genius網(wǎng)以及下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場設(shè)備、儀器儀表等組成，是一個以網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)的集管理、監(jiān)測、控制一體化的生產(chǎn)系統(tǒng)。上位監(jiān)測管理系統(tǒng)由兩臺工業(yè)控制計算機(jī)組成，通過以太網(wǎng)和plc主站連接通訊。plc主站與兩個分站之間的通訊采用ge的genius工業(yè)總線網(wǎng)及遠(yuǎn)程擴(kuò)展方式實現(xiàn)。整個plc控制系統(tǒng)采用多地分站加本地主站的結(jié)構(gòu)形式，在三個車間配電室設(shè)置三個控制站：1#站設(shè)置在水處理間、2#站設(shè)置在加藥消毒間、3#站設(shè)置在污泥濃縮及脫水間，其中1#為主站，2#和3#為分站。按照相對獨立的工藝劃分設(shè)置控制區(qū)域，各控制站間又相互通訊，組成一個完整的控制網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)控制通過上位監(jiān)測管理系統(tǒng)的監(jiān)控/組態(tài)軟件將相關(guān)的控制命令和狀態(tài)設(shè)置下傳給下位plc，并由plc完成設(shè)備控制。系統(tǒng)監(jiān)控的設(shè)備主要是各車間的生產(chǎn)設(shè)備，另有現(xiàn)場各種儀器儀表的模擬量數(shù)據(jù)通過plc上傳給上位監(jiān)測管理系統(tǒng)，包括電流、流量、液位、濁度等信號。
　　
　　3、系統(tǒng)架構(gòu)
　　
　　3.1上位監(jiān)測管理系統(tǒng)
　　
　　硬件構(gòu)成：研華工業(yè)控制計算機(jī)、交換機(jī)、不間斷ups電源、打印機(jī)等。
　　
　　軟件構(gòu)成：windowsxp操作系統(tǒng)、microsoftoffice2003、監(jiān)控組態(tài)軟件ifix4.0等。
　　
　　上位監(jiān)控管理系統(tǒng)采用由研華工業(yè)控制機(jī)與美國ge公司的ifix4.0實時監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成的平臺。該平臺分為1個操作員站和1個工程師站，布置于排水站控制室中，用ifix4.0實時監(jiān)控組態(tài)軟件編制的上位監(jiān)控程序能夠完成整個控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)組態(tài)、工藝參數(shù)的在線修改和設(shè)置，也可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中各設(shè)備及各種儀表的運(yùn)行狀態(tài)和實時參數(shù)的采集，并以動態(tài)圖形顯示，還能實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢及調(diào)用、系統(tǒng)狀態(tài)診斷等功能，同時也具備系統(tǒng)報警顯示查詢、生成數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)報表及打印等功能。該平臺提供標(biāo)準(zhǔn)的HMI運(yùn)行畫面，使全廠整個生產(chǎn)情況能夠在顯示器上實時地顯示出來，不僅使調(diào)度指揮人員能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行觀察和操作，還能迅速了解現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況，并及時作出正確決策.上位遠(yuǎn)程監(jiān)控主畫面如圖2所示。　　
　　3.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
　　
　　整個控制系統(tǒng)由以太網(wǎng)和genius網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)組成。PLC主站通過以太網(wǎng)與上位機(jī)連接通訊，通過genius總線網(wǎng)和遠(yuǎn)程擴(kuò)展方式分別與3#和2#分站連接通訊。以太網(wǎng)既是監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)，也是管理網(wǎng)絡(luò)，主要由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、上位機(jī)以太網(wǎng)卡、下位機(jī)以太網(wǎng)通訊模塊等組成。這樣上位機(jī)和下位機(jī)就實現(xiàn)了基于tcp/ip通訊協(xié)議進(jìn)行100mbps的高速數(shù)據(jù)通訊。
　　
　　genius工業(yè)總線網(wǎng)是控制層網(wǎng)絡(luò)，也是生產(chǎn)控制的執(zhí)行層，控制層的主站plc和3#分站間采用genius通訊單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊［3］，主站plc和2#分站間采用geplc遠(yuǎn)程擴(kuò)展方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。管理網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換是雙向的，即上位機(jī)通過以太網(wǎng)與控制層網(wǎng)絡(luò)中的下位plc主站相連，采集其所需的各種運(yùn)行參數(shù)信息及實時數(shù)據(jù)，經(jīng)過監(jiān)控軟件的運(yùn)算處理并在顯示器上顯示出來，同時能自動或手動操作將各種指令下發(fā)給控制網(wǎng)絡(luò)中的plc。這樣就實現(xiàn)了自動監(jiān)測及控制的生產(chǎn)過程。控制網(wǎng)絡(luò)中各個plc的分站按照硬件地址在genius網(wǎng)絡(luò)中相互識別，這樣系統(tǒng)就不會造成信號擁塞。監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。　　
　　3.3下位PLC控制系統(tǒng)
　　
　　寺河礦礦井排水處理站下位控制系統(tǒng)采用ge公司90-30系列和versamax系列plc作為控制單元。90-30系列與versamax系列plc配合搭建的控制系統(tǒng)具有模塊化、可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)特點，不僅可以根據(jù)不同的性能需求來靈活配置功能多樣的控制系統(tǒng)，還簡化了系統(tǒng)方案、節(jié)省了時間和資金、易于維護(hù)，大大提高了控制系統(tǒng)的性價比，廣泛用于生產(chǎn)過程中的各種實時控制和過程控制、高速機(jī)器控制、基礎(chǔ)建設(shè)應(yīng)用、變電站自動化應(yīng)用等領(lǐng)域。
　　
　　下位plc控制系統(tǒng)各站配置均包括電源、機(jī)架、i/o模塊及模擬量輸入/輸出模塊等，其中1#主站的plc另外配置了cpu（ic693cpu350）、etn以太網(wǎng)通訊處理模塊（ic693cmm321）、genius通訊模塊（ic693bem331）等；3#分站還另外配置了兩塊genius總線接口單元（ic200gbi001）。全廠控制系統(tǒng)的plc配置如圖4所示。　　
　　3.4下位編程軟件
　　
　　下位plc的控制程序使用pme（proficymachineedition）5.6編程軟件編寫。編程軟件pme（proficymachineedition）5.6是一種基于windows操作系統(tǒng)的高性能組態(tài)、編程、測試和程序維護(hù)工具。在pme5.6中，有四種編程語言可用來編程，分別是梯形圖（ld）、語句表（il）、c語言塊、c語言程序。本控制系統(tǒng)中采用的是ld邏輯梯形圖編程語言編制的控制程序［7］。plc控制程序基本邏輯梯級如圖5所示　　
　　3.5控制系統(tǒng)功能
　　
　　（1）設(shè)備控制選擇。每個設(shè)備都有連鎖/解鎖、投運(yùn)/檢修、遠(yuǎn)控/就地等幾個工作狀態(tài)，用上位機(jī)可以很方便
　　
　　（2）系統(tǒng)流程啟/停。控制系統(tǒng)可以根據(jù)工藝流程、工況、時間、順序、邏輯關(guān)系等條件啟/停設(shè)備，如果正在運(yùn)行的設(shè)備需要停車或發(fā)生故障停車時，則與該設(shè)備有邏輯關(guān)系的其它設(shè)備停止運(yùn)行，直到該設(shè)備正常運(yùn)行后相關(guān)設(shè)備按流程才繼續(xù)啟動、運(yùn)行。如果現(xiàn)場工藝流程發(fā)生變化，亦可方便地對啟/停車邏輯關(guān)系進(jìn)行重新調(diào)整/組態(tài)。本控制系統(tǒng)有著很強(qiáng)的適應(yīng)性、靈活性；
　　
　　（3）預(yù)告及故障報警功能。當(dāng)控制系統(tǒng)按流程、邏輯關(guān)系等條件啟/停設(shè)備或啟動/停止單臺設(shè)備時，可以進(jìn)行啟車/停車信號預(yù)告，以提醒現(xiàn)場工作人員。當(dāng)系統(tǒng)中某臺設(shè)備發(fā)生故障，除流程和邏輯關(guān)系做出相應(yīng)的停機(jī)動作，還將以圖形顏色、語音形式和報警信號方式分別對調(diào)度室和現(xiàn)場進(jìn)行報警，提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理；
　　
　　（4）數(shù)據(jù)采集、處理及顯示功能。系統(tǒng)能實時準(zhǔn)確檢測/顯示電流、料位、液位、轉(zhuǎn)速等模擬量數(shù)據(jù)，并能方便地對主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和標(biāo)定及對關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行記時統(tǒng)計，根據(jù)檢測記錄的數(shù)據(jù)，計算和統(tǒng)計出各種數(shù)據(jù)報表；
　　
　　（5）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。除了控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控人員和巡檢人員外，基本實現(xiàn)了整個排水處理站生產(chǎn)現(xiàn)場無人值守。
　　
　　4、結(jié)束語
　　
　　基于geplc與geifix4.0的控制系統(tǒng)在寺河礦礦井排水處理站中的實際應(yīng)用，大大提高了寺河礦礦井排水處理站生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化水平和管理水平，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。該系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、故障率低，易于維護(hù)和管理，自2008年5月投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便、自動化程度高經(jīng)濟(jì)節(jié)能，排放水質(zhì)達(dá)到國家排放要求。為寺河礦礦井排水處理站創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。其安全性及管理決策的便利，間接帶來的經(jīng)濟(jì)效益更是巨大的，為污水處理廠自動化系統(tǒng)提供了一個理想的解決方案。