摘要：本文研究設計了基于組態(tài)軟件的煤氣站控制系統(tǒng)，通過上位機的驅動程序與PLC進行通訊，利用iFix 5.0組態(tài)軟件實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)控制及報警顯示。本系統(tǒng)成本較低，易于操作和維護。

關鍵詞：煤氣站 施耐德PLC 組態(tài)軟件

0 引言

煤氣站主要是用來為窯爐及噴塔提供燃料產(chǎn)生煤氣的裝置，主要由煤氣發(fā)生爐，管路系統(tǒng)，煤氣處理系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)等構建而成。通過煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)煤氣，并附有焦油、酚水及少量硫化氫產(chǎn)出。

煤氣的成分主要有：二氧化碳、不飽和碳氫、甲烷、氫氣、一氧化碳、氮氣等。由于煤氣屬于有毒和易燃易爆氣體，易導致中毒事故及火災爆炸事故，所以對煤氣站得各個環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控尤為重要。隨著電氣控制系統(tǒng)的技術進步，人機界面操作及信息遠程通訊傳輸技術已成為發(fā)展趨勢。開發(fā)并實施了以原有兩段式冷凈煤氣站控制系統(tǒng)為參照、人機界面監(jiān)控為基調、遠程通訊傳輸為手段的電氣控制系統(tǒng)，滿足了客戶需要。利用海為PLC強大的通訊功能，組成了簡潔的小型自動化控制監(jiān)示系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

本控制系統(tǒng)主要目的是根據(jù)單段煤氣發(fā)生爐的工藝條件要求進行操作上的控制與監(jiān)控。

1.1 系統(tǒng)配置

下位機選用施耐德PLC為主控制器，CPU可用于大規(guī)模I/O配置，保證控制任務的順利完成。上位機選用研華工控機，內裝高性能以太網(wǎng)卡，便于系統(tǒng)間連接。上位機軟件采用iFix 5.0 組態(tài)軟件，可組態(tài)出各種功能畫面。

1.2 性能特點

系統(tǒng)自動化程度高，能對整個煤氣站設備控制、管理實現(xiàn)自動化，減少運行費用。在上位機上能直觀顯示各處壓力、溫度等實時數(shù)據(jù)，而且具有歷史數(shù)據(jù)查詢功能，組態(tài)軟件使系統(tǒng)具有直觀的顯示功能。而且監(jiān)控系統(tǒng)部分具有完善的報警功能和報警查詢功能，方便故障診斷和設備維持。

2 系統(tǒng)的工作原理

煤氣發(fā)生爐按爐型結構分為雙段煤氣發(fā)生爐和單段煤氣發(fā)生爐；按煤氣的使用溫度可以分為熱煤氣和冷煤氣。由于單段式煤氣發(fā)生爐具有產(chǎn)氣量大、氣化安全、煤種適應性強等優(yōu)點，本系統(tǒng)將采用單段式煤氣發(fā)生爐。

煤氣發(fā)生爐中產(chǎn)生的煤氣經(jīng)燃燒發(fā)熱，為工業(yè)生產(chǎn)，生活供暖提供了非常高效，潔凈的能源。單段式煤氣發(fā)生爐冷煤氣站由煤氣發(fā)生爐生成的熱臟煤氣（溫度為350-550℃）。首先進入雙豎管被熱循環(huán)水冷卻洗滌，煤氣中的大部分灰塵隨熱循環(huán)水從雙豎管下部的水封中排出，被雙豎管洗滌降溫后的煤氣溫度約為80-90℃，經(jīng)隔離水封進入電捕焦油器，去除煤氣中的焦油，然后進入填料洗滌塔，煤氣通過洗滌塔中的拉西瓷環(huán)除去剩余的灰塵，同時被冷循環(huán)水再次冷卻洗滌，煤氣溫度冷卻至35-45℃，此時煤氣再經(jīng)隔離水封進入捕滴器，將煤氣中的水滴捕凈后，最后通過煤氣加壓機加壓，通過輸送管道輸送到設備的各燃燒器位置中使用。系統(tǒng)工藝流程框圖如圖1所示。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設計

以往工業(yè)自動化軟件是由計算機軟件工作人員通過編程實現(xiàn)的，不僅工作量大，而且開發(fā)出來的軟件通用性差，可靠性也較低，使用組態(tài)軟件能很好地避開這些缺點。所謂組態(tài)軟件，是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們基于自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法；其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I／O設備；與高可靠性的工業(yè)控制計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)相結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。本系統(tǒng)采用iFix 5.0 組態(tài)軟件，作為上位機的監(jiān)控軟件。

iFix是全球最領先的HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過300，000套以上的軟件在全球運行。在本監(jiān)控系統(tǒng)中，上位機監(jiān)控軟件主要實現(xiàn)狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，另外也可以對系統(tǒng)進行實時控制。

3.1 設備及設備變量的定義

上位機通過驅動程序與PLC進行通信，通過串口訪問施耐德Quantum系列PLC相應的寄存器，以獲取現(xiàn)場各設備參數(shù)的實際值或對現(xiàn)場設備進行開關控制。如果要增加通訊端口或連接其它的網(wǎng)絡系統(tǒng)，只需增加一些通訊模塊和網(wǎng)絡適各器即可。本系統(tǒng)中監(jiān)控工業(yè)計算機通過基于Modbus TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)連接現(xiàn)場控制PLC以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。施奈德公司的ModbusTCP／IP(1998)是目前工業(yè)以太網(wǎng)的事實標準，并使以太網(wǎng)在傳感器級和設備級得到了大量的應用。

在設計上位機監(jiān)控軟件時，首先必須對iFix組態(tài)軟件進行如下設置：

①定義iFix設備

首先點擊“iFix 5.0”進行SCU系統(tǒng)配置，包括SCADA、保存路徑、報警、網(wǎng)絡等選項的設置，只有啟用SCADA才能與PLC連接。要實現(xiàn)通訊，必須要選擇正確的設備驅動本系統(tǒng)選擇MBE驅動，為了便于仿真添加軟件自帶的SIM驅動，配置畫面如圖2所示。

②定義設備變量

驅動負責把數(shù)據(jù)讀到鏡像表中，若要實現(xiàn)與PLC的連接，還需要將數(shù)據(jù)放到過程數(shù)據(jù)庫中。過程數(shù)據(jù)庫中有多種功能塊可供選擇，包括：模擬量、數(shù)字量輸入輸出塊、計算塊、報警塊、累計塊、計時器塊、連續(xù)控制塊、統(tǒng)計塊及SQL功能塊。

3.2 人機交互界面的設計及其動畫實現(xiàn)

開發(fā)任務的大部分時間是設計和創(chuàng)建iFix的畫面顯示。iFix提供了豐富的可在畫面中使用的特性。每個獨立使用的特性都能大大提高畫面性能。工具按鈕中還提供了圖形工具一欄，包括：矩形、圓角矩形、圓、橢圓、圓弧、多邊形、扇形、直線、折線等圖形對象。除此之外還有數(shù)據(jù)連接、按鈕、圖表、報警匯總、位圖、事件等多種功能對象工具欄。向導和專家，使用內置向導和專家，用戶不需要進行任何編程，就可自動完成多種復雜功能，包括：前景顏色變化、填充、旋轉、位置移動、大小縮放、可見不可見操作、畫面打開、關閉、替換操作、改變數(shù)據(jù)輸入方式等，專家工具欄還可以由用戶自定義擴充。

4 總結

本系統(tǒng)以施耐德PLC作為主控制器，上位機軟件選用iFix 5.0負責所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存儲管理和報警顯示，并可以對現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。通過監(jiān)視和控制整個煤氣站的所有設備，以實現(xiàn)整個煤氣系統(tǒng)的安全、有效、穩(wěn)定地運行，生產(chǎn)出符合標準的煤氣。

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