6ES7136-6PA00-0BC0安装调试

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GE PLC与iFIX 4.0控制系统在矿井排水处理站中的应用

　　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bbbbbbs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

污水处理过程PLC模糊控制器的设计与应用

3 plc模糊控制器的优化设计

　　3.1 应用背景

　　实际上，工业污水中有机物的浓度随时间而变化，若呆板地按照固定的时间来控制sbr污水处理系统的运行，既浪费能源又易发生污泥膨胀，而且若时间设置不当还将影响处理效果。

　　近年来，由于模糊控制学科的迅速发展，已有大量将模糊逻辑控制技术应用于工业自动化、机器人控制以及智能仪表和家用电器领域的实例。模糊控制器是一种基于模糊控制规则的控制器，而这种模糊规则就是人们对实际受控制过程的归纳以及经验的总结。

　　目前，许多污水处理工厂在实际应用中还不能实时检测各种污水指标，只是采用时间程序控制，所以影响了控制效果以及污水处理能力。然而由于市场上化学需氧量cod浓度在线检测仪的出现，我们可以将cod浓度作为重要的工艺参数，组成基于plc的sbr污水处理模糊控制系统。

　　3.2 plc模糊控制器的优点

　　由于sbr法污水处理系统本身是一个复杂的动态系统，其数学模型难以**确定。化学需氧量cod是一个重要的参数，其在线检测有一定的滞后。基于plc的模糊控制方案不需要确定控制对象**的数学模型，而是根据控制规则决定控制量的大小，这种方法可以使这个反应过程的cod处于合适的范围。这样，系统就可以通过在线检测cod的浓度值来调节曝气量，以保证出水质量，节省运行费用。

4 plc模糊控制器的设计

　　模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊三部分。e和ex分别为e和ex模糊化后的模糊量，u为模糊控制量，u为u解模糊化后的**量。

　　曝气装置模糊控制器的输入量为曝气池中cod达标值与测量值的误差e及误差变化率ex，输出量为曝气机曝气增量u，其框图如图1所示。控制器定时采样cod值和cod值变化率，并与达标值比较，以此得出cod值误差e及误差变化率ex，并以此作为plc控制器的输入变量，这样模糊控制器的输出就可控制曝气机阀门的开度了。

　　4.1 输入模糊化

　　在模糊控制器设计中，设e的词集为［nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb］，论域为［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］；ex和u的词集为［nb，ns，zo，ps，pb］，论域为［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］；e（k）=cod（k）-cod0，cod（k）=e（k）-e（k-1），其中cod0表示达标值。

　　先将e，ex和u模糊化，再根据cod值的控制经验可得变量e，ex和u的模糊量化表。由于篇幅所限，变量e，ex和u的赋值表予以省略。

　　4.2 模糊控制规则

　　通过总结污水处理过程中cod手动控制经验，得出模糊控制规则，如表2所示。

　　根据控制规则表，可得到35条模糊控制规则。举例如下：

　　● 当cod误差和误差变化均为负大时，cod值小于达标值cod0，应减少曝气量，所以u取nb，曝气机全关；即控制规则为if

　　e=nb and ex=nb then u=nb；

　　● 当cod误差是负大，误差变化为正大时，曝气机开度不变；即控制规则为if e=nb and ex=pb then u=zo。

提高PLC控制系统可靠性的措施

    三、正确的接地

       良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制干扰，PLC一般好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置，如图1(a)所示；也可以采用公共接地，如图1(b)所示；但禁止使用如图1(c)所示的串联接地方式，因为这种接地方式会产生PLC与设备之间的电位差。

             图1  PLC的接地

a)分别接地   b)公共按地   c)串联接地

        良好的接地可以抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，避免偶然发生的电压冲击对PLC的危害。PLC的接地线应尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻应是越小越好，接地电阻要小于10Ω。另外，PLC的CPU单元必须接地，若使用了I/O扩展单元等，则CPU单元应与它们具有共同的接地体，而且从任一单元的保护接地端到地的电阻都不能大于10Ω。有条件的可以给PLC专用的接地线。

        四、必须的安全保护环节

       1.短路保护

       当PLC输出设备短路时，为了避免PLC内部输出元件损坏，应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。好在每个负载的回路中都装上熔断器。

       2. 互锁与联锁措施

        除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行，如电动机正、反转控制，要利用接触器KM1、KM2常闭触点在PLC外部进行互锁。在不同电机或电器之间有联锁要求时，好也在PLC外部进行硬件联锁。采用PLC外部的硬件进行互锁与联锁，这是PLC控制系统中常用的做法。

       3.失压保护与紧急停车措施

       PLC外部负载的供电线路应具有失压保护措施，当临时停电再恢复供电时，不按下“启动”按钮PLC的外部负载就不能自行启动。这种接线方法的另一个作用是，当特殊情况下需要紧急停机时，按下“停止”按钮就可以切断负载电源，而与PLC毫无关系。

       五、必要的软件措施

       有时硬件措施不一定完全消除干扰的影响，采用一定的软件措施加以配合，对提高PLC控制系统的抗干扰能力和可靠性起到很好的作用。

       1.消除开关量输入信号抖动

       在实际应用中，有些开关输入信号接通时，由于外界的干扰而出现时通时断的“抖动”现象。这种现象在继电器系统中由于继电器的电磁惯性一般不会造成什么影响，但在PLC系统中，由于PLC扫描工作的速度快，扫描周期比实际继电器的动作时间短得多，所以抖动信号就可能被PLC检测到，从而造成错误的结果。因此，必须对某些“抖动”信号进行处理，以保证系统正常工作。

       如图2(a)所示，输入X0抖动会引起输出Y0发生抖动，可采用计数器或定时器，经过适当编程，以消除这种干扰。

       如图2(b)所示为消除输入信号抖动的梯形图程序。当抖动干扰X0断开时间间隔Δｔ＜K×0.1S，计数器C0不会动作，输出继电器Y0保持接通，干扰不会影响正常工作；只有当X0抖动断开时间Δｔ≥K×0.1S时，计数器C0计满K次动作，C0常闭断开，输出继电器Y0才断开。K为计数常数，实际调试时可根据干扰情况而定。

图2  输入信号抖动的影响及消除

   a)抖动现象的影响     b)消除抖动的方法

       2.故障的检测与诊断

       PLC的可靠性很高且本身有很完善的自诊断功能，如果PLC出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢复正常工作。

       大量的工程实践表明，PLC外部输入、输出设备的故障率远远高于PLC本身的故障率，而这些设备出现故障后，PLC一般不能觉察出来，可能使故障扩大，直至强电保护装置动作后才停机，有时甚至会造成设备和人身事故。停机后，查找故障也要花费很多时间。为了及时发现故障，在没有酿成事故之前使PLC自动停机和报警，也为了方便查找故障，提高维修效率，可用PLC程序实现故障的自诊断和自处理。

       现代的PLC拥有大量的软件资源，如FX2N系列PLC有几千点辅助继电器、几百点定时器和计数器，有相当大的裕量，可以把这些资源利用起来，用于故障检测。

       1)超时检测 机械设备在各工步的动作所需的时间一般是不变的，即使变化也不会太大，因此可以以这些时间为参考，在PLC发出输出信号，相应的外部执行机构开始动作时启动一个定时器定时，定时器的设定值比正常情况下该动作的持续时间长20%左右。例如设某执行机构（如电动机）在正常情况下运行50s后，它驱动的部件使限位开关动作，发出动作结束信号。若该执行机构的动作时间超过 60s（即对应定时器的设定时间），PLC还没有接收到动作结束信号，定时器延时接通的常开触点发出故障信号，该信号停止正常的循环程序，启动报警和故障显示程序，使操作人员和维修人员能迅速判别故障的种类，及时采取排除故障的措施。

       2)逻辑错误检测  在系统正常运行时，PLC的输入、输出信号和内部的信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。因此，可以编制一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为ON状态，就应按故障处理。例如某机械运动过程中先后有两个限位开关动作，这两个信号不会同时为ON状态，若它们同时为ON，说明至少有一个限位开关被卡死，应停机进行处理。

        3．消除预知干扰

       某些干扰是可以预知的，如PLC的输出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，它们产生的干扰信号可能使PLC接收错误的信息。在容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁PLC的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。