基于組態軟件的煤氣站控制系統

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

關鍵詞：煤氣站 施耐德PLC 組態軟件

0 引言

煤氣站主要是用來為窯爐及噴塔提供燃料產生煤氣的裝置，主要由煤氣發生爐，管路系統，煤氣處理系統，循環水系統，監控系統等構建而成。通過煤氣發生爐生產煤氣，并附有焦油、酚水及少量硫化氫產出。

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節的實時監控尤為重要。隨著電氣控制系統的技術進步，人機界面操作及信息遠程通訊傳輸技術已成為發展趨勢。開發并實施了以原有兩段式冷凈煤氣站控制系統為參照、人機界面監控為基調、遠程通訊傳輸為手段的電氣控制系統，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示系統。

1 系統概述

本控制系統主要目的是根據單段煤氣發生爐的工藝條件要求進行操作上的控制與監控。

1.1 系統配置

下位機選用施耐德PLC為主控制器，CPU可用于大規模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，內裝高性能以太網卡，便于系統間連接。上位機軟件采用iFix 5.0 組態軟件，可組態出各種功能畫面。

1.2 性能特點

系統自動化程度高，能對整個煤氣站設備控制、管理實現自動化，減少運行費用。在上位機上能直觀顯示各處壓力、溫度等實時數據，而且具有歷史數據查詢功能，組態軟件使系統具有直觀的顯示功能。而且監控系統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 系統的工作原理

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

煤氣發生爐中產生的煤氣經燃燒發熱，為工業生產，生活供暖提供了非常高效，潔凈的能源。單段式煤氣發生爐冷煤氣站由煤氣發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水冷卻洗滌，煤氣中的大部分灰塵隨熱循環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除去剩余的灰塵，同時被冷循環水再次冷卻洗滌，煤氣溫度冷卻至35-45℃，此時煤氣再經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。系統工藝流程框圖如圖1所示。

3 監控系統設計

以往工業自動化軟件是由計算機軟件工作人員通過編程實現的，不僅工作量大，而且開發出來的軟件通用性差，可靠性也較低，使用組態軟件能很好地避開這些缺點。所謂組態軟件，是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們基于自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，能以靈活多樣的組態方式提供良好的用戶開發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和完成監控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I／O設備；與高可靠性的工業控制計算機和網絡系統相結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統集成。本系統采用iFix 5.0 組態軟件，作為上位機的監控軟件。

iFix是全球最領先的HMI/SCADA自動化監控組態軟件，已有超過300，000套以上的軟件在全球運行。在本監控系統中，上位機監控軟件主要實現狀態顯示、數據采集和數據處理，另外也可以對系統進行實時控制。

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，以獲取現場各設備參數的實際值或對現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絡系統，只需增加一些通訊模塊和網絡適各器即可。本系統中監控工業計算機通過基于Modbus TCP/IP協議的以太網連接現場控制PLC以實現數據通訊。施奈德公司的ModbusTCP／IP(1998)是目前工業以太網的事實標準，并使以太網在傳感器級和設備級得到了大量的應用。

在設計上位機監控軟件時，首先必須對iFix組態軟件進行如下設置：

①定義iFix設備

首先點擊“iFix 5.0”進行SCU系統配置，包括SCADA、保存路徑、報警、網絡等選項的設置，只有啟用SCADA才能與PLC連接。要實現通訊，必須要選擇正確的設備驅動本系統選擇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

驅動負責把數據讀到鏡像表中，若要實現與PLC的連接，還需要將數據放到過程數據庫中。過程數據庫中有多種功能塊可供選擇，包括：模擬量、數字量輸入輸出塊、計算塊、報警塊、累計塊、計時器塊、連續控制塊、統計塊及SQL功能塊。

3.2 人機交互界面的設計及其動畫實現

開發任務的大部分時間是設計和創建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。除此之外還有數據連接、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、改變數據輸入方式等，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負責所有現場數據的存儲管理和報警顯示，并可以對現場設備的運行狀態進行實時監控。通過監視和控制整個煤氣站的所有設備，以實現整個煤氣系統的安全、有效、穩定地運行，生產出符合標準的煤氣。

參考文獻：

[1]于魯南.兩段式冷凈煤氣站電氣控制系統的改進[J].山東冶金，2011，(33):63-64.

[2]郁文勝.海為PLC在工業煤氣發生爐控制上的應用[J].PLC與工控機，2011:42-45.

[3]徐明鑫.組態軟件和PLC構成的立式石灰窯控制系統[J].PLCFA，2009:71-72.

[4]崔雪梅，姬厚華.系統仿真技術在濟鋼煤氣系統中的應用[J].山東冶金，2009，(31):37-39.

[5]王曉東，于良.PLC在轉爐煤氣回收中的成功應用[J].自動化技術與應用，2011，(30):105-107.