GE PLC與iFIX 4.0控制系統在礦井排水處理站中的應用

　　1 概述

　　寺河礦礦井排水處理站改擴建工程是寺河礦井工業場地供水系統的重要組成部分。礦井排水處理站改擴建的目的是完善現有礦井排水處理站工藝設施，增加部分輔助處理設施，提高處理量及自動化水平，保障礦井排水處理站良好運行，提高出水水質達標率，滿足工業廠區的用水需要。因此，對排水處理站的生產運行實施全方面自動控制與遠程監控，對降低運行成本、加強生產管理、減員增效、確保排水處理工藝的正常高效運行和水質達標排放、提升企業運營管理的效率和品質具有十分重要的意義。寺河礦礦井排水處理站改擴建工程工藝流程如圖1所示。

　　2 系統描述

　　根據寺河礦礦井排水處理站實際情況，生產集中控制系統由上位監測管理系統、以太網、genius網以及下位機plc控制系統、現場設備、儀器儀表等組成，是一個以網絡通訊為基礎的集管理、監測、控制一體化的生產系統[1]。上位監測管理系統由兩臺工業控制計算機組成，通過以太網和plc主站連接通訊。plc主站與兩個分站之間的通訊采用ge專用的genius工業總線網及遠程擴展方式實現。整個plc控制系統采用多地分站加本地主站的結構形式，在三個車間配電室設置三個控制站：1#站設置在水處理間、2#站設置在加藥消毒間、3#站設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置控制區域，各控制站間又相互通訊聯系，組成一個完整的控制網絡。系統控制通過上位監測管理系統的監控/組態軟件將相關的控制命令和狀態設置下傳給下位plc，并由plc完成設備控制。系統監控的設備主要是各車間的生產設備，另有現場各種儀器儀表的模擬量數據通過plc上傳給上位監測管理系統，包括電流、流量、液位、濁度等信號。

　　3 系統架構

　　3.1 上位監測管理系統

　　硬件構成：研華工業控制計算機、交換機、不間斷ups電源、打印機等。

　　軟件構成：windows xp操作系統、microsoft office 2003、監控組態軟件ifix4.0等。

　　上位監控管理系統采用由研華工業控制機與美國ge公司的ifix4.0實時監控組態軟件構成的平臺。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實時監控組態軟件編制的上位監控程序能夠完成整個控制系統的數據采集、控制系統組態、工藝參數的在線修改和設置，也可實現遠程監控系統中各設備及各種儀表的運行狀態和實時參數的采集，并以動態圖形顯示，還能實現歷史數據查詢及調用、系統狀態診斷等功能，同時也具備系統報警顯示查詢、生成數據庫、數據報表及打印等功能。該平臺提供標準的hmi運行畫面，使全廠整個生產情況能夠在顯示器上實時地顯示出來，不僅使調度指揮人員能夠對控制系統進行觀察和操作，還能迅速了解現場設備的運行情況，并及時作出正確決策[2]。上位遠程監控主畫面如圖2所示。

　　3.2系統網絡構成

　　整個控制系統由以太網和genius網兩層網絡組成。plc主站通過以太網與上位機連接通訊，通過genius總線網和遠程擴展方式分別與3#和2#分站連接通訊。以太網既是監控層網絡，也是管理網絡，主要由網絡交換機、上位機以太網卡、下位機以太網通訊模塊等組成。這樣上位機和下位機就實現了基于tcp/ip通訊協議進行100mbps的高速數據通訊。

　　genius工業總線網是控制層網絡，也是生產控制的執行層，控制層的主站plc和3#分站間采用genius通訊單元進行數據通訊[3]，主站plc和2#分站間采用geplc專用遠程擴展方式進行數據通訊。管理網絡與控制網絡之間的信息交換是雙向的，即上位機通過以太網與控制層網絡中的下位plc主站相連，采集其所需的各種運行參數信息及實時數據，經過監控軟件的運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給控制網絡中的plc。這樣就實現了自動監測及控制的生產過程。控制網絡中各個plc的分站按照硬件地址在genius網絡中相互識別，這樣系統就不會造成信號擁塞[4]。監控系統網絡結構如圖3所示。

　　3.3 下位plc控制系統

　　寺河礦礦井排水處理站下位控制系統采用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具有模塊化、可擴展的體系結構特點，不僅可以根據不同的性能需求來靈活配置功能多樣的控制系統，還簡化了系統方案、節省了時間和資金、易于維護，大大提高了控制系統的性價比，廣泛用于生產過程中的各種實時控制和過程控制、高速機器控制、基礎建設應用、變電站自動化應用等領域。

　　下位plc控制系統各站配置均包括電源、機架、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)[5][6]。全廠控制系統的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(proficy machine edition)5.6編程軟件編寫。編程軟件pme(proficymachine edition)5.6是一種基于windows操作系統的高性能組態、編程、測試和程序維護工具。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 控制系統功能

　　(1)設備控制選擇。每個設備都有連鎖/解鎖、投運/檢修、遠控/就地等幾個工作狀態，用上位機可以很方便地對設備的這些狀態進行選擇/設置;

　　(2)系統流程啟/停。控制系統可以根據工藝流程、工況、時間、順序、邏輯關系等條件啟/停設備，如果正在運行的設備需要停車或發生故障停車時，則與該設備有邏輯關系的其它設備停止運行，直到該設備正常運行后相關設備按流程才繼續啟動、運行。如果現場工藝流程發生變化，亦可方便地對啟/停車邏輯關系進行重新調整/組態。本控制系統有著很強的適應性、靈活性;

　　(3)預告及故障報警功能。當控制系統按流程、邏輯關系等條件啟/停設備或啟動/停止單臺設備時，可以進行啟車/停車信號預告，以提醒現場工作人員。當系統中某臺設備發生故障，除流程和邏輯關系做出相應的停機動作，還將以圖形顏色、語音形式和報警信號方式分別對調度室和現場進行報警，提醒相關人員進行處理;

　　(4)數據采集、處理及顯示功能。系統能實時準確檢測/顯示電流、料位、液位、轉速等模擬量數據，并能方便地對主要參數進行設置和標定及對關鍵設備的運行進行記時統計，根據檢測記錄的數據，計算和統計出各種數據報表;

　　(5)遠程監控功能。除了控制室遠程監控人員和巡檢人員外，基本實現了整個排水處理站生產現場無人值守。

　　4 結束語

　　基于ge plc與ge ifix4.0的控制系統在寺河礦礦井排水處理站中的實際應用，大大提高了寺河礦礦井排水處理站生產系統的自動化水平和管理水平，減輕了工人的勞動強度。該系統可靠性強、故障率低，易于維護和管理，自2008年5月投入運行以來，系統運行穩定可靠、維護方便、自動化程度高經濟節能，排放水質達到國家排放要求。為寺河礦礦井排水處理站創造了顯著的經濟效益和社會效益。其安全性及管理決策的便利，間接帶來的經濟效益更是巨大的，為污水處理廠自動化系統提供了一個理想的解決方案。