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(chǎng)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(dòng)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(duì)排水處理站的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)施全方面自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)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高效運(yùn)行和水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放、提升企業(yè)運(yùn)營(yíng)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(shí)際情況，生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)由上位監(jiān)測(cè)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(chǎng)設(shè)備、儀器儀表等組成，是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)的集管理、監(jiān)測(cè)、控制一體化的生產(chǎn)系統(tǒng)[1]。上位監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)由兩臺(tái)工業(yè)控制計(jì)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(gè)分站之間的通訊采用ge專用的genius工業(yè)總線網(wǎng)及遠(yuǎn)程擴(kuò)展方式實(shí)現(xiàn)。整個(gè)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(gè)車間配電室設(shè)置三個(gè)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(duì)獨(dú)立的工藝劃分設(shè)置控制區(qū)域，各控制站間又相互通訊聯(lián)系，組成一個(gè)完整的控制網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)控制通過上位監(jiān)測(cè)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(chǎng)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(cè)管理系統(tǒng)，包括電流、流量、液位、濁度等信號(hào)。

　　3 系統(tǒng)架構(gòu)

　　3.1 上位監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

　　硬件構(gòu)成：研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、不間斷ups電源、打印機(jī)等。

　　軟件構(gòu)成：windows xp操作系統(tǒng)、microsoft office 2003、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(guó)ge公司的ifix4.0實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成的平臺(tái)。該平臺(tái)分為1個(gè)操作員站和1個(gè)工程師站，布置于排水站控制室中，用ifix4.0實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件編制的上位監(jiān)控程序能夠完成整個(gè)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(shí)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(shí)時(shí)參數(shù)的采集，并以動(dòng)態(tài)圖形顯示，還能實(shí)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(shí)也具備系統(tǒng)報(bào)警顯示查詢、生成數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)報(bào)表及打印等功能。該平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的hmi運(yùn)行畫面，使全廠整個(gè)生產(chǎn)情況能夠在顯示器上實(shí)時(shí)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(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，并及時(shí)作出正確決策[2]。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(gè)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(shí)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專用遠(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(shí)時(shí)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(shí)能自動(dòng)或手動(dòng)操作將各種指令下發(fā)給控制網(wǎng)絡(luò)中的plc。這樣就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)及控制的生產(chǎn)過程。控制網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)plc的分站按照硬件地址在genius網(wǎng)絡(luò)中相互識(shí)別，這樣系統(tǒng)就不會(huì)造成信號(hào)擁塞[4]。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(diǎn)，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(jiǎn)化了系統(tǒng)方案、節(jié)省了時(shí)間和資金、易于維護(hù)，大大提高了控制系統(tǒng)的性價(jià)比，廣泛用于生產(chǎn)過程中的各種實(shí)時(shí)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(dòng)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)[5][6]。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(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(tǒng)的高性能組態(tài)、編程、測(cè)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(jí)如圖5所示。

　　3.5 控制系統(tǒng)功能

　　(1)設(shè)備控制選擇。每個(gè)設(shè)備都有連鎖/解鎖、投運(yùn)/檢修、遠(yuǎn)控/就地等幾個(gè)工作狀態(tài)，用上位機(jī)可以很方便地對(duì)設(shè)備的這些狀態(tài)進(jìn)行選擇/設(shè)置;

　　(2)系統(tǒng)流程啟/停?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)工藝流程、工況、時(shí)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(shí)，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(dòng)、運(yùn)行。如果現(xiàn)場(chǎng)工藝流程發(fā)生變化，亦可方便地對(duì)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(bào)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(dòng)/停止單臺(tái)設(shè)備時(shí)，可以進(jìn)行啟車/停車信號(hào)預(yù)告，以提醒現(xiàn)場(chǎng)工作人員。當(dāng)系統(tǒng)中某臺(tái)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(dòng)作，還將以圖形顏色、語音形式和報(bào)警信號(hào)方式分別對(duì)調(diào)度室和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行報(bào)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(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)/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(duì)主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和標(biāo)定及對(duì)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行記時(shí)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)檢測(cè)記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算和統(tǒng)計(jì)出各種數(shù)據(jù)報(bào)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(shí)現(xiàn)了整個(gè)排水處理站生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人值守。

　　4 結(jié)束語

　　基于ge plc與ge ifix4.0的控制系統(tǒng)在寺河礦礦井排水處理站中的實(shí)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(dòng)化水平和管理水平，減輕了工人的勞動(dòng)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(dòng)化程度高經(jīng)濟(jì)節(jié)能，排放水質(zhì)達(dá)到國(guó)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(huì)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(dòng)化系統(tǒng)提供了一個(gè)理想的解決方案。