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(yè)場地供水系統(tǒng)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(yè)廠區(qū)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(jiān)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運行和水質達標排放、提升企業(yè)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(tǒng)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(tǒng)由上位監(jiān)測管理系統(tǒng)、以太網、genius網以及下位機PLC控制系統(tǒng)、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(jiān)測、控制一體化的生產系統(tǒng)。上位監(jiān)測管理系統(tǒng)由兩臺工業(yè)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的genius工業(yè)總線網及遠程擴展方式實現。整個plc控制系統(tǒng)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(qū)域，各控制站間又相互通訊，組成一個完整的控制網絡。系統(tǒng)控制通過上位監(jiān)測管理系統(tǒng)的監(jiān)控/組態(tài)軟件將相關的控制命令和狀態(tài)設置下傳給下位plc，并由plc完成設備控制。系統(tǒng)監(jiān)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(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
　　
　　3.1上位監(jiān)測管理系統(tǒng)
　　
　　硬件構成：研華工業(yè)控制計算機、交換機、不間斷ups電源、打印機等。
　　
　　軟件構成：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)控制機與美國ge公司的ifix4.0實時監(jiān)控組態(tài)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(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)的數據采集、控制系統(tǒng)組態(tài)、工藝參數的在線修改和設置，也可實現遠程監(jiān)控系統(tǒng)中各設備及各種儀表的運行狀態(tài)和實時參數的采集，并以動態(tài)圖形顯示，還能實現歷史數據查詢及調用、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(tǒng)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.上位遠程監(jiān)控主畫面如圖2所示。　　
　　3.2系統(tǒng)網絡構成
　　
　　整個控制系統(tǒng)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(jiān)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(xié)議進行100mbps的高速數據通訊。
　　
　　genius工業(yè)總線網是控制層網絡，也是生產控制的執(zhí)行層，控制層的主站plc和3#分站間采用genius通訊單元進行數據通訊［3］，主站plc和2#分站間采用geplc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(jiān)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(fā)給控制網絡中的plc。這樣就實現了自動監(jiān)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(tǒng)就不會造成信號擁塞。監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構如圖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(tǒng)，還簡化了系統(tǒng)方案、節(jié)省了時間和資金、易于維護，大大提高了控制系統(tǒng)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(tǒng)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）。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(tài)，用上位機可以很方便
　　
　　（2）系統(tǒng)流程啟/停。控制系統(tǒng)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(fā)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(xù)啟動、運行。如果現場工藝流程發(fā)生變化，亦可方便地對啟/停車邏輯關系進行重新調整/組態(tài)。本控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中某臺設備發(fā)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(tǒng)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(tǒng)計，根據檢測記錄的數據，計算和統(tǒng)計出各種數據報表；
　　
　　（5）遠程監(jiān)控功能。除了控制室遠程監(jiān)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用，大大提高了寺河礦礦井排水處理站生產系統(tǒng)的自動化水平和管理水平，減輕了工人的勞動強度。該系統(tǒng)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(tǒng)運行穩(wěn)定可靠、維護方便、自動化程度高經濟節(jié)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(chuàng)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(tǒng)提供了一個理想的解決方案。