GE PLC与iFIX 4.0控制系统在矿井排水处理站中的应用

　　1 概述

　　寺河矿矿井排水处理站改扩建工程是寺河矿井工业场地供水系统的重要组成部分。矿井排水处理站改扩建的目的是完善现有矿井排水处理站工艺设施，增加部分辅助处理设施，提高处理量及自动化水平，保障矿井排水处理站良好运行，提高出水水质达标率，满足工业厂区的用水需要。因此，对排水处理站的生产运行实施全方面自动控制与远程监控，对降低运行成本、加强生产管理、减员增效、确保排水处理工艺的正常高效运行和水质达标排放、提升企业运营管理的效率和品质具有十分重要的意义。寺河矿矿井排水处理站改扩建工程工艺流程如图1所示。

　　2 系统描述

　　根据寺河矿矿井排水处理站实际情况，生产集中控制系统由上位监测管理系统、以太网、genius网以及下位机plc控制系统、现场设备、仪器仪表等组成，是一个以网络通讯为基础的集管理、监测、控制一体化的生产系统[1]。上位监测管理系统由两台工业控制计算机组成，通过以太网和plc主站连接通讯。plc主站与两个分站之间的通讯采用ge专用的genius工业总线网及远程扩展方式实现。整个plc控制系统采用多地分站加本地主站的结构形式，在三个车间配电室设置三个控制站：1#站设置在水处理间、2#站设置在加药消毒间、3#站设置在污泥浓缩及脱水间，其中1#为主站，2#和3#为分站。按照相对独立的工艺划分设置控制区域，各控制站间又相互通讯联系，组成一个完整的控制网络。系统控制通过上位监测管理系统的监控/组态软件将相关的控制命令和状态设置下传给下位plc，并由plc完成设备控制。系统监控的设备主要是各车间的生产设备，另有现场各种仪器仪表的模拟量数据通过plc上传给上位监测管理系统，包括电流、流量、液位、浊度等信号。

　　3 系统架构

　　3.1 上位监测管理系统

　　硬件构成：研华工业控制计算机、交换机、不间断ups电源、打印机等。

　　软件构成：windows xp操作系统、microsoft office 2003、监控组态软件ifix4.0等。

　　上位监控管理系统采用由研华工业控制机与美国ge公司的ifix4.0实时监控组态软件构成的平台。该平台分为1个操作员站和1个工程师站，布置于排水站控制室中，用ifix4.0实时监控组态软件编制的上位监控程序能够完成整个控制系统的数据采集、控制系统组态、工艺参数的在线修改和设置，也可实现远程监控系统中各设备及各种仪表的运行状态和实时参数的采集，并以动态图形显示，还能实现历史数据查询及调用、系统状态诊断等功能，同时也具备系统报警显示查询、生成数据库、数据报表及打印等功能。该平台提供标准的hmi运行画面，使全厂整个生产情况能够在显示器上实时地显示出来，不仅使调度指挥人员能够对控制系统进行观察和操作，还能迅速了解现场设备的运行情况，并及时作出正确决策[2]。上位远程监控主画面如图2所示。

　　3.2系统网络构成

　　整个控制系统由以太网和genius网两层网络组成。plc主站通过以太网与上位机连接通讯，通过genius总线网和远程扩展方式分别与3#和2#分站连接通讯。以太网既是监控层网络，也是管理网络，主要由网络交换机、上位机以太网卡、下位机以太网通讯模块等组成。这样上位机和下位机就实现了基于tcp/ip通讯协议进行100mbps的高速数据通讯。

　　genius工业总线网是控制层网络，也是生产控制的执行层，控制层的主站plc和3#分站间采用genius通讯单元进行数据通讯[3]，主站plc和2#分站间采用geplc专用远程扩展方式进行数据通讯。管理网络与控制网络之间的信息交换是双向的，即上位机通过以太网与控制层网络中的下位plc主站相连，采集其所需的各种运行参数信息及实时数据，经过监控软件的运算处理并在显示器上显示出来，同时能自动或手动操作将各种指令下发给控制网络中的plc。这样就实现了自动监测及控制的生产过程。控制网络中各个plc的分站按照硬件地址在genius网络中相互识别，这样系统就不会造成信号拥塞[4]。监控系统网络结构如图3所示。

　　3.3 下位plc控制系统

　　寺河矿矿井排水处理站下位控制系统采用ge公司90-30系列和versamax系列plc作为控制单元。90-30系列与versamax系列plc配合搭建的控制系统具有模块化、可扩展的体系结构特点，不仅可以根据不同的性能需求来灵活配置功能多样的控制系统，还简化了系统方案、节省了时间和资金、易于维护，大大提高了控制系统的性价比，广泛用于生产过程中的各种实时控制和过程控制、高速机器控制、基础建设应用、变电站自动化应用等领域。

　　下位plc控制系统各站配置均包括电源、机架、i/o模块及模拟量输入/输出模块等，其中1#主站的plc另外配置了cpu(ic693cpu350)、etn以太网通讯处理模块(ic693cmm321)、genius通讯模块(ic693bem331)等;3#分站还另外配置了两块genius总线接口单元(ic200gbi001)[5][6]。全厂控制系统的plc配置如图4所示。

　　3.4 下位编程软件

　　下位plc的控制程序使用pme(proficy machine edition)5.6编程软件编写。编程软件pme(proficymachine edition)5.6是一种基于windows操作系统的高性能组态、编程、测试和程序维护工具。在pme5.6中，有四种编程语言可用来编程，分别是梯形图(ld)、语句表(il)、c语言块、c语言程序。本控制系统中采用的是ld逻辑梯形图编程语言编制的控制程序[7]。plc控制程序基本逻辑梯级如图5所示。

　　3.5 控制系统功能

　　(1)设备控制选择。每个设备都有连锁/解锁、投运/检修、远控/就地等几个工作状态，用上位机可以很方便地对设备的这些状态进行选择/设置;

　　(2)系统流程启/停。控制系统可以根据工艺流程、工况、时间、顺序、逻辑关系等条件启/停设备，如果正在运行的设备需要停车或发生故障停车时，则与该设备有逻辑关系的其它设备停止运行，直到该设备正常运行后相关设备按流程才继续启动、运行。如果现场工艺流程发生变化，亦可方便地对启/停车逻辑关系进行重新调整/组态。本控制系统有着很强的适应性、灵活性;

　　(3)预告及故障报警功能。当控制系统按流程、逻辑关系等条件启/停设备或启动/停止单台设备时，可以进行启车/停车信号预告，以提醒现场工作人员。当系统中某台设备发生故障，除流程和逻辑关系做出相应的停机动作，还将以图形颜色、语音形式和报警信号方式分别对调度室和现场进行报警，提醒相关人员进行处理;

　　(4)数据采集、处理及显示功能。系统能实时准确检测/显示电流、料位、液位、转速等模拟量数据，并能方便地对主要参数进行设置和标定及对关键设备的运行进行记时统计，根据检测记录的数据，计算和统计出各种数据报表;

　　(5)远程监控功能。除了控制室远程监控人员和巡检人员外，基本实现了整个排水处理站生产现场无人值守。

　　4 结束语

　　基于ge plc与ge ifix4.0的控制系统在寺河矿矿井排水处理站中的实际应用，大大提高了寺河矿矿井排水处理站生产系统的自动化水平和管理水平，减轻了工人的劳动强度。该系统可靠性强、故障率低，易于维护和管理，自2008年5月投入运行以来，系统运行稳定可靠、维护方便、自动化程度高经济节能，排放水质达到国家排放要求。为寺河矿矿井排水处理站创造了显著的经济效益和社会效益。其安全性及管理决策的便利，间接带来的经济效益更是巨大的，为污水处理厂自动化系统提供了一个理想的解决方案。