摘要：為提高泵站的綜合自動化管理水平，入塘泵站進(jìn)行了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造，其中下位機(jī)部分通過PLC控制來實(shí)現(xiàn)。著重闡述了PLC控制的實(shí)現(xiàn)過程，裝置的硬件簡介，泵站PLC采集的主要信息，對提高泵站自動化運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性十分有效，在泵站進(jìn)行自動化改造時值得借鑒和參考。
 

    關(guān)鍵詞：PLC,入塘泵站,監(jiān)控系統(tǒng),應(yīng)用,水文監(jiān)測設(shè)備論文
 

    0　引言

    隨著計算機(jī)工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)日趨完善，PLC（程序邏輯控制）工業(yè)控制系統(tǒng)為各式各樣的自動化控制設(shè)備提供了非�？煽康目刂茟�(yīng)用，其主要原因在于它能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案�；诒谜镜淖詣涌刂萍捌溥壿嬳樞蚩刂频奶厥庑裕�20世紀(jì)90年代初期PLC開始在電力泵站中逐漸使用[1]。

    入塘泵站始建于1983年，是天津市引灤入津工程明渠輸水系統(tǒng)的一座重要提水泵站，擔(dān)負(fù)著塘沽區(qū)工業(yè)及人民的生活供水任務(wù)。入塘泵站設(shè)計揚(yáng)程39m，24萬m3/d，安裝6臺24SAP-10J離心泵，總裝機(jī)容量2400kW，配6臺400kW異步電動機(jī)。

    入塘泵站早期的機(jī)組控制系統(tǒng)完全采用電磁繼電器方式，安全性和穩(wěn)定性低，抗干擾能力差，設(shè)備、事故故障率高[2]；輔機(jī)系統(tǒng)的真空系統(tǒng)、機(jī)旁箱，以及排風(fēng)、蝶閥控制、排水、直流等系統(tǒng)完全采用人工操作；主控室操作臺的設(shè)備大部分已經(jīng)棄用，已經(jīng)失去控制臺的作用。2006～2007年初，入塘泵站完成了6臺機(jī)組及公用系統(tǒng)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安裝調(diào)試。入塘泵站計算機(jī)控制系統(tǒng)采用了德國的主機(jī)及配套現(xiàn)地單元、通訊系統(tǒng)，明顯提高了泵站綜合自動化管理水平。其中，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)部分通過PLC控制來實(shí)現(xiàn)，PLC控制在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。

    1　PLC控制的特點(diǎn)[3]

    1）PLC采用微電腦技術(shù)（大規(guī)模集成電路）取代以往靠硬導(dǎo)線布線的邏輯控制器，具有成本低，功耗、體積小，重量輕等特點(diǎn)；

    2）接口簡單快捷、工作量小、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、故障率低、可靠性好、抗電器干擾能力強(qiáng)，維護(hù)方便；

    3）PLC采用掃描式的工作方式，特別適合于邏輯控制要求較高的順序控制。

    2　PLC控制在入塘泵站的實(shí)現(xiàn)過程

    順序控制是指生產(chǎn)設(shè)備及過程，根據(jù)工藝要求按照邏輯運(yùn)算、順序操作、定時和計數(shù)等規(guī)則通過預(yù)先編制的程序，在現(xiàn)場輸入信號（包括開關(guān)量、模擬量）的作用下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)定程序動作，實(shí)現(xiàn)以開關(guān)量為主的自動控制[4]。入塘泵站PLC的設(shè)計安裝就是根據(jù)這一原則來實(shí)現(xiàn)的。其輸入主要是靠按鈕、行程開關(guān)、限位開關(guān)、動斷觸點(diǎn)等開關(guān)量為主的控制信號；輸出為繼電器、電磁閥等驅(qū)動元件。傳統(tǒng)的順序控制是由繼電器控制屏來實(shí)現(xiàn)的，由于設(shè)備體積大，功耗高，動作速度緩慢，接線復(fù)雜，通用性靈活性差，維護(hù)工作量大，故障率高，可靠性差，且沒有計算和存儲功能[5]。

    入塘泵站機(jī)組設(shè)備狀態(tài)量的讀取收集，采用I/O點(diǎn)直接采集與經(jīng)通訊采集高壓電路的遙測、遙信的方式來實(shí)現(xiàn)。對于主開機(jī)、停機(jī)的控制采用通訊的方式給高壓開關(guān)綜合保護(hù)系統(tǒng)遙控信號來實(shí)現(xiàn)；中間邏輯過程則通過編程實(shí)現(xiàn)。

    2.1　入塘泵站機(jī)組的順序控制

    入塘泵站的自動操作包括水泵機(jī)組、機(jī)組輔助設(shè)備的調(diào)整和對全泵站的公用設(shè)備進(jìn)行的自動化控制，這類控制在自動控制范疇內(nèi)屬于順序控制系統(tǒng)，每個順序控制都按照生產(chǎn)流程的要求及生產(chǎn)設(shè)備的特點(diǎn)設(shè)定[6]。順序控制如圖1所示。

    2.2　操作對象的操作

    2.2.1　機(jī)組自動操作

    要求以1個脈沖自動按預(yù)定的順序完成操作，包括機(jī)組的自動開機(jī)和停機(jī)流程等，其操作對象包括主機(jī)及輔機(jī)設(shè)備[7]。

    輔機(jī)設(shè)備，排水泵控制操作獨(dú)立完成，只要程序掃描到積水池水位達(dá)到設(shè)定水位則自動發(fā)出開機(jī)信號，排水泵啟動排水。真空泵與主機(jī)開機(jī)系統(tǒng)聯(lián)動，只要操作站發(fā)出開主機(jī)命令，且開機(jī)條件滿足則控制系統(tǒng)首先開啟真空泵，在開機(jī)結(jié)束后，系統(tǒng)給出停止命令則真空泵停機(jī)。

    主機(jī)設(shè)備（高壓開關(guān)的控制），當(dāng)程序掃描到操作人員發(fā)出的開機(jī)命令后，系統(tǒng)判斷輔機(jī)狀態(tài)、蝶閥狀態(tài)、小車位置、開關(guān)狀態(tài)等條件，如果滿足條件，系統(tǒng)啟動真空泵，待真空形成后系統(tǒng)發(fā)出合高壓開關(guān)命令并經(jīng)過一定的延時發(fā)出開蝶閥的命令，并停真空泵。開機(jī)完成。

    2.2.2　公用設(shè)備的操作

    公用設(shè)備包括直流、高壓、低壓、真空、給水和排水、換風(fēng)、室內(nèi)降溫及通信等系統(tǒng)[8]。控制系統(tǒng)對部分設(shè)備只進(jìn)行監(jiān)視、遙測其狀態(tài)，不對其控制（如直流、低壓系統(tǒng)）；對部分設(shè)備控制系統(tǒng)在每個掃描周期內(nèi)對其單獨(dú)控制（如排水、換風(fēng)降溫系統(tǒng)）；對部分設(shè)備控制與開停主機(jī)一起進(jìn)行控制（如真空、高壓、通訊等系統(tǒng)）。

    2.2.3　全泵站性的操作

    全泵站性的操作包括通訊系統(tǒng)、機(jī)組開關(guān)、電容器開關(guān)、刀閘設(shè)備等操作[9]。

    對以上這些自動操作的總體要求是運(yùn)行安全可靠、維護(hù)方便、清晰明了、經(jīng)濟(jì)合理。

    3　入塘泵站PLC的配置

    入塘泵站現(xiàn)地控制層由4套LCU組成，每套LCU的PLC采用ModiconTSXPremium57系列產(chǎn)品，系統(tǒng)配置為雙機(jī)熱備。其中2～4#工作站分別負(fù)責(zé)6臺水泵機(jī)組的信號采集及命令輸出，1#工作站負(fù)責(zé)輔機(jī)系統(tǒng)的信號采集及命令輸出。LCU與工作站直接通過通訊模塊以PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通訊。CPU與上位機(jī)則應(yīng)用以太網(wǎng)通訊。網(wǎng)絡(luò)通訊采用高性能的交換機(jī)，LCU和工作站之間用光纖連接，抗干擾能力強(qiáng)。

    一套完整的PLC主要由電源、CPU、開入/開出I/O（模擬量輸入）、A/O模擬量輸入、通訊等5個模塊構(gòu)成。其中電源模塊向PLC提供直流24V工作電源；CPU是微型處理器（PLC的核心部位）；I/O模塊是指外圍回路向PLC輸入高電平（或低電平）和PLC向外圍回路輸出高電平（或低電平）；A/O模塊是將外圍設(shè)備輸入的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以供PLC進(jìn)行計算、判斷、比較和傳輸；通訊模塊通過以太網(wǎng)與上位機(jī)工作站進(jìn)行通訊。PLC基本模塊如圖2所示。

    4入塘泵站PLC采集的主要信息

    系統(tǒng)的I/O信號，按LCU歸類，數(shù)據(jù)類型主要為開關(guān)量和模擬量，主要列出以下信號：

    1～6#機(jī)組模擬量輸入：供水壓力、線圈溫度、鐵心溫度、承溫度，蝶閥開度、流量。

    1～6#機(jī)組開關(guān)量輸入：閥門開閉，電磁閥開閉，真空開關(guān)位置，開關(guān)合分，真空開關(guān)、排水開關(guān)、真空完成，風(fēng)機(jī)正常。

    1～6#機(jī)組開關(guān)量輸出：合主開關(guān)，跳主開關(guān)，真空電磁閥開、關(guān)，排水泵開關(guān)，真空泵開關(guān)，風(fēng)機(jī)開關(guān)，電動蝶閥開關(guān)。

    公共（輔機(jī)）模擬量輸入：前池水位，電機(jī)柜電壓、電流，低壓柜電壓、電流，真空裝置真空度。

    6kV系統(tǒng)數(shù)據(jù)：定子電壓、電流，有功功率，無功功率，功率因素，手車工作、試驗(yàn)位置，斷路器合閘、分閘位置，有功電度，I段、II段母線電流，電機(jī)保護(hù)（過流、過壓、過負(fù)荷、勵磁消失等保護(hù)），6kV線路保護(hù)（速斷、過流和過負(fù)荷保護(hù)），定值輸入。

    5　結(jié)語

    入塘泵站自動化改造，采用了PLC控制，不僅提高了設(shè)備監(jiān)控的可靠性，而且對設(shè)備的檢修維護(hù)都十分方便快捷，無需將機(jī)組及附屬設(shè)備退出運(yùn)行即可解決，大大提高了工作效率，明顯提高了泵站的綜合自動化管理水平。

    參考文獻(xiàn)：

    [1]張鳳珊.電器控制及可編程序控制器[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1999.

    [2]李堅(jiān).變電運(yùn)行及生產(chǎn)管理技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2008:88-120.

    [3]儲云峰.施耐德電氣可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007:110-189.

    [4]浙江大學(xué)華北水利電力學(xué)院.電工學(xué)及電氣設(shè)備[M].北京：水利出版社，1980:25-112.

    [5]張仁田，張平易.泵試驗(yàn)理論及方法[M].江蘇工學(xué)院排灌機(jī)械研究所，1981:94-123.

    [6]嚴(yán)煦世，范瑾初.給水工程[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999:10-15.

    [7]哈爾濱建筑工程學(xué)院.排水工程[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999:150-172.

    [8]陳道舜.電機(jī)學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1987:5-15.

    [9]丘傳忻.泵站工程[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2001:1999.

    [10]沙毅，聞建龍.泵與風(fēng)機(jī)[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2005:80-132.