西门子6ES7212-1AB23-0XB8速发

煤矿井下泵房排水系统承担着排出井下部分涌水的重要任务，是**矿井生产的关键环节。排水系统各种设备能否、、有效的运行，关系到整个矿井的生产与。而传统的矿井排水方式普遍使用人工手动控制，存在能耗大、效率低、生产成本高的缺点。为了改变传统控制方式的缺点，我公司结合煤矿行业中对于井下排水系统的实际需求，结合GE FANUC智能平台控制和计算机技术，开发研制了“井下泵房无人值守系统”，可以实现矿井排水自动化控制和地面远程监控。能够有效的提高水泵有效利用率，减少看护人员、延长水泵电机使用寿命，减少事故停机时间，提高排水能力。从而大大提高井下作业的生产系数、降低生产成本。

 

二、系统功能

1.自动采集、显示水仓水位及水泵的各种运行参数（主排水管路流量、水泵排水压力、电流、电压、开停状态、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量、功率因数、轴温）。

2.水泵控制系统具有遥控、就地自动、就地手动等多种工作方式。遥控自动方式可由地面自动化控制室监测水泵运行参数和控制开停；

3.就地自动方式则根据水仓水位情况自动控制水泵、电动闸阀以及电磁阀等设备运行；就地手动控制是通过现场排水控制装置，人工控制水泵、电动闸阀以及电磁阀等设备。

4.故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型自动停泵。

5.系统可与全矿井综合自动化系统连接、通讯，能够把水泵房的参数上传到地面自动化控制室。

6.通过井下以太网环网交换机，进行。

7.根据所监测的水位信号，可设定出低水位、高水位和上限水位信号。低水位时停泵；高水位时2台泵运行；上限水位时3台水泵同时运行，本系统适用3台泵及以上。

8.每台水泵可设置“远控自动运行”、 “就地自动运行”、“就地手动运行”、“检修”四种工作方式。

9.水泵运行方式自动控制功能：

10.数据显示及数据记录以及故障**功能

 

三、系统架构

整个系统由数据采集与检测、现场监测与控制、远端监控指挥三部分组成。

1.数据采集与检测。数据采集由智能模块完成，模块检测传感器状态，并将数据通过通讯模块传送至控制计算机。

2.现场监测与控制。现场监测与控制部分由GE FANUC PLC可编程控制器、Proficy统一平台管理控制软件、手动集中操作面板组成。工业控制计算机和ProficyHMI/SA iFIX管理控制软件组成自动监控系统，负责将模块传输来的数据整理分析，根据控制策略做出决策，并将数据记录存储。手动集中操作面板与自动监控系统平行实现控制功能。

3.远端监控指挥。远端监控指挥部分由计算机、管理软件、网络传输部分组成，通过计算机网络，同步显示现场工况。远端监控具有开放的接口，可以扩展功能或接入其他系统。

 

四、系统配置

 

1.      GE FANUC Versamax PLC硬件配置

 

IC200CPUE05 VersaMax PLC CPU  128K 可组态用户内存， 10MBIT 以太网端口                                          

IC200PWR001 24 VDC 电源供电                                      

IC200MDL650   DI模块：24VDC，正逻辑，32点

IC200MDL742   DO模块：24 VDC ， 正逻辑，每点0.5 A 带ESCP，32 点

IC200MDL743   DO模块：5/12/ 24 VDC ， 负逻辑，每点0.5 A（ 一组16 点），16 点

IC200ALG263   AI模块:15 位电压，15 通道

IC200ALG264   AI模块:15 位电流，15 通道

IC200MDL930   DO模块：继电器每点2.0 A隔离bbbb A，8 点

IC200MDL940   DO模块：继电器每点2.0 A 隔离bbbb A，16 点

IC200ALG620   AI模块: 16 位RTD，4 通道

 

2.      Proficy HMI/SA iFIX 4.5中文版－－标准化组态软件

 

iFIX是的HMI/SA自动化监控组态软件，已有过300，000套以上的软件在运行。世界上许多成功的制造商都依靠 GE Fanuc的iFIX软件来监控和分布管理全厂范围的生产数据。在包括冶金、电力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油气等各种工业应用当中，iFIX 树一帜地集强大功能、性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生产环境下的HMI/SA解决方案。利用iFIX各种的技术，可以帮助企业出快、有效的商业及生产决策，以使企业具有强的竞争力。

 

3.      HMI人机接口系统

 

本控制系统的HMI由两台操作员工作站构成，各自立地对整个系统进行监控。两台操作员工作站均可立完成正常生产所需的监控及操作，以便于任意一台出现故障时，不影响生产。HMI系统采用基于Microsoft bbbbbbs 2000 的Proficy统一平台软件编制。通过各种串行的、网络的通讯方式采制器中的资料，并利用计算机的强大图形功能动态地显示生产资料。

 

4.      通讯网络

 

采用快速工业以太网冗余交换机和VersaMax I/O自动化控制系统建立通讯网络。交换机6电2光接口，2套组成环网，因此一条光路设备出现故障，并不影响整个系统的通讯。

 

五、设备简介

 

1. GE FANUC Versamax PLC

VersaMax 具有性的模块化结构，结合了强动力和多样性以提供在一个紧凑的控制方式中的良好表现。VersaMax 系列产品可以作为 I/O使用，如可编程逻辑控制器，或作为多达 4096个 I/O 的子站。它具有模块化的结构，直观及无可比拟的易用性，为机械制造者及终用户节省了时间和。

VersaMax 是代使用特的 SixSigma设计流程创造的 GE Fanuc 控制产品。Six Sigma 兼具了性研发成果和发展技术、大量用户需求分析、以及严格的质量控制规范。VersaMax I/O 和控制产品系列具有以下特点：广泛的 I/O 模式、端子、电源模块和网络接口单元选择，这些大大增强了控制性能。

1、处理器的选择范围

     Up to 64KB of Configurable User Memory

     Up to 4096 I/O

2、各种各样通讯选项

     CPU内置两个串行通讯口

     CPUE05还内置了以太网接口

     现场总线通讯模块：DeviceNet ．ｍａｓｔｅｒand Slave)，Profibus (Slave Only)，AS-I ．ｍａｓｔｅｒOnly)

3、灵活的安装

     模块化底板

     多种端子排底座可选:Box, Barrier, & Spring Style Terminals,High Density Connector

     模块安装不需要任何工具

     支持I/O模块热插拔

     自动配置或者软件配置I/O模块

 

2.  Proficy HMI/SA iFIX 4.5中文版－iFIX：功能强大的软件

GE Fanuc 的iFIX是的工业自动化软件解决方案，提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监控。iFIX可以帮助您地监视、控制生产过程，并优化生产设备和企业资源管理。它能够对生产事件快速反映，减少原材料消耗，提高生产率，从而加快产品对市场的反应速度，提高用户收益。

 

过程处理及监控解决方案中的一员

iFIX是GE Fanuc过程处理及监控产品中的一个组件。它可以为准确开放的数据采集及管理企业级的生产过程提供一整套的解决方案。

iFIX是为过程管理度身定造的解决方案。它为水及污水处理、石油气，特别是那些需要符合FDA 21 CFR Part 11标准的相关工业应用提供了强大功能。

 

iFIX特性

易于扩展和集成

由于运用了直观的图形工具，iFIX的用户可以快速上手，简单快捷地为他们的生产过程创建的过程窗口。无论是简单的单机人机界面 (HMI)，还是复杂的多节点、多现场的数据采集和控制系统(SA)，iFIX都可以方便地满足各种应用类型和应用规模的需要。iFIX灵活的系统结构意味着：iFIX不但可以满足当前系统应用的需要，还可以在将来需要的时候随时方便地扩展系统规模。

 

分布式网络结构

iFIX提供真正的分布式、客户/服务器结构，为系统提供大的可扩展性。无论是 Server和 Client 功能运行在单一计算机，实现简单的单机人机界面 (HMI)，还是网络复杂的分布式多Server和多Client数据采集和控制系统，iFIX都可以**优异的性能。

 

HMI/SA服务器

    iFIX server直接连接到物理I/O点，并维护过程数据库。过程数据库中有多种功能块可供选择，包括：模拟量、数字量输入输出块、计算块、报警块、累计块、计时器块、连续控制块、统计块及SQL功能块等。Inbbtion客户端应用包括：实时动态画面、趋势、报表、批次控制、MES等。

 

iClient

iClient是GE Fanuc 标准的客户端软件，它作为传统的客户端安装在iFIX客户节点上。通过在View节点设置适当的客户端权限，用户可以访问到网络中任意SA Server中的数据。实时动态画面、趋势显示、报表等应用都运行在iClient上。而且在网络中各个View节点上都能进行开发工作，包括开发画面、构造SA Server中的数据库。

 

iClientTS

iClientTS是具有iClient功能的 Internet 瘦客户端方案，它使用了微软的bbbbbbs 2000终端服务 (Terminal Server) 技术。利用iClient技术，ActiveX控件及VBA和三方的应用，iClientTS可以连接到网络中任意SA Server并读取数据。

 

iWebServer

iWebServer是GE Fanuc 另外一种Internet瘦客户端解决方案。使用iWebServer将iFIX画面转换成HTML文件，并通过Web服务器发布。客户端使用标准Web浏览器就能看到SA Server上实时动态数据。

 

iFIX系统结构的优点

iFIX分布式、客户/服务器结构包括了可灵活构造的服务器 (SA Server) 和客户端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer) 。然而对用户来说iFIX却是一个集成的完整系统，每台计算机有自己的节点名，每个数据项都有自己的点名。iFIX网络中数据的读取都通过标识SA Server节点名、数据点名及数据域（如CV表示当前值）来识别。

 

六、系统优势

 

1.         人为干预，由下位机自动控制，根据水位自动启、停水泵，自动实现水泵的轮换工作，做出合理调度；

2.         本系统保留了设备原先手动控制方式，手动控制具有控制权，保了即使系统出现故障，也可以在手动控制下实现水泵的正常工作；

3.         系统的实时性好，对各设备的运行工况能够实时监测、实时控制；

4.         可以随时查询、打印实时趋势及任意时间段的历史趋势；

5.         人机界面显示的内容丰富、形象、直观，操作简单、易懂；

6.         软件中嵌入了大量的控制策略，可以根据实际情况做出不同的决策，大大提高了系统的自动化程度和智能程度；

7.         根据不同时期的具体情况，可以对软件的运行参数进行调整，以适应复杂的情况，提高了系统的适应性；

8.         系统能够进行远距离监控，并可无限扩展；

     热源厂内每台锅炉都设有设有后备手操屏，以保控制系统出现故障时，运行人员可以进行应急操作以及切换到手动状态继续运行。
      每个换热站中设有光电转换设备和控制箱，结点处设有100M Switch HUB。控制箱设有就地和远程控制转换开关，当转换到远程控制时，可以接受监控的指令和参数设定，真正做到无人职守的换热站。光缆环型敷设可**通讯加。
      热源厂和换热站的控制器中存有当地地区的供热曲线，实现热源出水温度和换热站二次供水温度的气候补偿控制。换热站的供热曲线可以远程修正。
1.系统组态
       系统的软件采用G E 公司的D C S 软件。包括P L C 编程软件ME 2 . 6 和OpenProcess™ 7.10，上位机组态软件Cimplicity HMI 6.0。ME 2.6 对PLC进行硬件设置和梯形图编程，OpenProcess™ 7.10 对PLC进行策略图编程。
• 配置PLC硬件
      在用OpenProcess™ 7.10 进行控制算法编程之前，要先在ME中配置PLC，包括CPU 和I /O模块。主要是通讯端口配置，通讯协议选择，I /O地址分配，以及PLC的其他工作特性设置。

• 在OpenProcess 中编程
      OpenProcess 的编程环境（Designer Workbench）界面非常简洁，类似bbbbbbs 的资源管理器。整个界面分三部分：上面是主菜单，下面是左右并列的两个窗口，左面的是项目目录窗口，按树形目录形式显示一个项目的结构，右面的内容窗口详细显示左面被选项的内容。

OpenProcess编程是以回路为基础的，形式类似组态，操作方法以鼠标拖放为主。
• 定义标签
标签的定义、查找、改和删除的操作简便灵活。
     对于现场的实际信号，要创建与之对应的标签名。标签名的内容很详细包括名称、描述、工程值范围、工程单位、信号类型、信号量程、制造商信息、报警信息、级别、死区、高限、低限等。定义好的标签一起分配I /O地址。系统会自动将标签分类， 只显示与模块类型相同的标签，便于选择。
• 策略图编程
       主要的控制算法的编程是在策略图完成的。策略图编辑窗口分以下几部分：菜单、工具条、图块库和画图区。
      图块库中包含丰富的功能图块，包括基本的数学、逻辑计算模块，PLC 内存访问模块，操作面板模块，时间功能块，其他的如PID、顺序控制等复杂的功能块。每个功能块都有各自的管脚，接入的数据分模拟量和数字量，通过连线（分实线和虚线与之对应）连接。
      策略图编程方便、简洁、直观，是一个带无扰切换功能的简单PID调节回路，具体表现在以下几个方面：
[1] 编程时只须将功能块从图块库中拖放到画图区，设置好其参数，然后用连线连接，数据类型自动识别。
[2] 画图区的页面大小可根据实际需要进行设置。
[3] 功能块在拖放时自动按顺序生成编号。
[4] 所有功能块在的内存中的地址自动分配，也可直接
访问的PLC 内存地址。
[5] 复杂的控制策略可分配到几张策略图中。

[6] 丰富的定位工具，方便对功能块的定位。
[7] 策略图中所有信息编译时会自动输出到上位机组态软件HMI 中，可被直接引用，简化组态工作。
[8] 编好的策略图可存成模板，其他类似功能的策略可由此模板创建。
[9] 项目所有的信息可按类自动生成报表。
       本项目的策略图主要是针对锅炉燃烧控制设计的，包含3 个回路：炉排控制回路，鼓风控制回路和引风控制回路，每个回路都采用PID 调节。一个PID 回路主要包含PID 算法，MAAU 操作面板，模拟量输入、输出四个功能块。每台炉的控制策略是立工作的，互不影响。炉排和给煤机的转速由锅炉出水温度控制，鼓风机转速由炉排转速和风煤比设定，引风机则**炉膛负压稳定在设定值。
2. 上位机画面

       上位机画面是在HMI 中完成的。到达任何一幅画面的按键操作不过两次，画面弹出的时间不过1 秒。主要包括工艺流程、趋势曲线、参数报表、棒图显示、报警、设备状态、回路调节等窗口。

实施结果
      监控的远程监控使得换热站实现了真正的无人职守，声光报警系统能及时向运行人员准确的故障信息，从而将原来每天的定期巡检工作变为偶尔的检修工作，大大地节省了劳动力；数据采集系统取代了按时抄表的工作，并能够提供满足要求的报表，提高了管理效率；燃烧控制系统**锅炉自动运行，无须运行人员频繁操作，控制稳定，效果良好，不仅节省了人力，而且节省了电力和燃料能源，得到了用户的认可和。

1 污水处理监控程序概况
青岛市污水处理厂处理工艺采用上比较的SBR活性污泥法﹑信息与自动化工程采用二级分布式计算机控制管理系统方案。这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作和管理；同时也可使生产过程中的控制危险系数降低，提高系统的性。
整个系统分成两个管理级：上位管理级和现场管理级，具体为由控制室操控站(OPS)和上层管理计算机组成的上位管理级，和由现场各分控站PLC及分布式I/O控制系统与现场在线测量仪表组成的现场管理级。现场各种数据通过PLC及远程I/O采集，并通过现场高速数据总线传送到控制操作站进行集中监视和管理。控制室主机的控制命令也可通过高速总线传送到现场PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。

2 OMRON三层通信网络的结构
与传统的工厂控制体系相比，OMRON公司自动化系统提供了的﹑开放的网络体系结构，将以前工厂到设备的五层机构简化为三层：管理层﹑控制层和设备层。管理层网络采用Ethernet网络；控制层网络采用Controller bbbb网络；设备层网络采用DeviceNet网络，形成了具有优异通信功能的三层网络，如图1所示。

 

图1 OMRON PLC网络的三层体系结构

DeviceNet网络用于实现现场设备（开关﹑I/O和人机界面等）与PLC之间的通信；Controller bbbb网络处于三层网络的中间，它主要负责对处在中间层的各个控制器（PLC等）之间进行数据的传送和控制；Ethernet网络（以太网）实现PLC﹑工作站﹑个人计算机以及三方Ethernet之间的数据通信。

3 污水处理监控系统中的网络拓扑结构与功能配置
3.1网络拓扑结构
根据青岛市污水处理工艺的控制要求，OMRON网络系统，以OMRON公司的CS1系列可编程序控制器为，构建污水处理自动化控制信息网络：管理层网络﹑控制层网络和设备层网络。如图2所示。

 

图2 污水处理自动化控制信息网络

3.2功能配置
3.21管理层
管理层是系统的，完成对污水处理过程各部分的管理和控制，并实现厂级的办公自动化。管理层还提供系统人机交互界面并与厂管理层沟通，是整个系统与外界信息交换的窗口。管理层的各台计算机具有相互通信的功能，实现数据交换和共享，以及共享一些昂贵的硬件和软件资源。
管理层采用客户/服务器的体系结构。服务器配有大型网络关系的数据库，如Oracle、Sybase等，实现开放、分布式数据库管理方式的要求。控制室的服务器具有远程控制操作功能、显示功能、数据管理功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通信功能和冗余功能。
管理层采用双冗余的Ethernet网络，负责控制室的服务器、操作站和工程师站与四个主控站PLC的通信，以及各主控站之间数据的传输。
3.22控制层
控制层是实现系统功能的关键，其主要功能是接收管理层设置的参数和命令，对污水处理生产过程进行控制，将现现场参数如压力、流量、温度、PH、等数据上传，输送到管理层。
控制层采用Controller bbbb网络，用于主站PLC与各分站PLC之间的通信。OMRON公司的Controller bbbb网络采用N:N令牌总线或光纤环网，从而提高了对网络故障的处理能力，不会因网络节点故障而使整个网络停止运行。它的通信速率恒定为2Mb/s，大节点数为62个，采用光纤通信时大距离为30千米。
在各个节点，PLC主站的控制任务具有相对立性，但又需要与其它主控站任务联系。选用数据链接和报文服务方式来实现PLC间的通信。
3.23设备层
本系统在初沉泵房与分控站之间少量的采用了Composbus/D的现场总线，构成了远程I/O系统。Composbus/D采用公开的DeviceNet总线协议，通信速率为500kb/s、250kb/s、150kb/s可切换，无中继的通信距离为500m。现场仪表直接连到DeviceNet网络。
PLC的选择
根据需要，四个主控站选择OMRON公司的CS1或CJ1系列。各现场控制站也采用了OMRON公司的CS1或CJ1系列。PLC的输入输出控制点均留有20℅以上的容量，为提高抗干扰能力，PLC柜内装有隔离变压器。此外每个PLC都连接了一台图形方式的人机交互触摸屏，便于工人在现场对设备进行操作。

4 上位机管理控制系统
控制室的上位计算机和现场控制站组成了一个环形光纤网络系统，它负责监控全场污水处理过程和设备运行状况。上位机可以调用各现场站的全部运行信息，在控制室可以控制现场主要设备的停止和启动。
上位计算机管理控制系统设置工程师站和操作站，工程师站的计算机以流行的SA软件作为系统控制软件，内部集成VBA，可离线或对整个监控系统进行组态和参数修改等来实现对工业控制系统的检测和控制。能体现良好的通用性、灵活性、开放性、性和高性价比。系统采用了图形用户界面（GUI）为操作人员和系统开发人员监视环境。在这个环境可以实现数据采集、数据处理、状态监视、远程控制、报警、数据登陆和生成报表等基本功能。另外工程师站可以安装PLC编程软件，通过网络通信，程序可以方便地通过控制网络Controller bbbb网络分别下载到地现场控制站PLC，以便在调试过程中随时修改程序。操作员可以通过操作站的计算机实时监视全厂工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，并进行多种模式操作，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。

5 结束语
本信息网络在实际运行过程中基本上没有出现大的故障，在满足检测和控制功能的基础上实现了数据监控、信息共享和数据库的管理。提高了自动管理水平和经济效益。实现了管理和控制的一体化，了期望的结果。