污水泵站控制系統(tǒng)研究

陳俊武

【摘 要】目前全國各大、中型城市正普遍興建污水泵站，由于工藝要求和地理位置的原因，絕大多數(shù)泵站要求自動化運行，有些泵站還要實現(xiàn)無人職守。確保整個系統(tǒng)安全、高效地運行是泵站自動控制系統(tǒng)的首要目標(biāo)。本文以泵站自動控制系統(tǒng)為例，重點闡述污水泵站控制系統(tǒng)設(shè)計的主要思想和在實現(xiàn)過程中所要注意的關(guān)鍵問題。

【關(guān)鍵詞】污水泵站；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計

1.設(shè)備選型

1.1 PLC選型與配置

PLC的選擇既要考慮經(jīng)濟(jì)性，又要考慮可靠性。在選擇PLC模塊時要留有足夠的備用點數(shù)，系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)柔性擴(kuò)展。在本系統(tǒng)中，我們選用了某公司FX2N系列的PLC。經(jīng)過計算，本系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點41個，開關(guān)量輸出點24個，模擬量輸入點6個。

1.2人機界面的選擇

在選擇人機界面時，要選擇預(yù)裝操作系統(tǒng)和組態(tài)軟件的觸摸屏，這不但能為系統(tǒng)的安裝和調(diào)試帶來方便，還能增加系統(tǒng)運行的可靠性。

1.3超聲波液位計的選擇

在污水泵站控制系統(tǒng)中，超聲波液位計要準(zhǔn)確測量集水池水位、格柵機柵前和柵后水位，是整個系統(tǒng)的主要控制條件，因此液位計的選擇非常重要。在此我們選用了分體型超聲波液位計，不僅保證了測量穩(wěn)定性和可靠性，還方便了工人的現(xiàn)場操作。本系統(tǒng)需2個雙通道的控制表和3個超聲波換能器。其中一個換能器和一個控制表用于測量集水池水位，換能器和控制表通道1連接，通道2備用，這樣控制表上的液晶顯示屏就可以顯示集水池的水位，再通過控制表上和通道1對應(yīng)的模擬量經(jīng)通道1將集水池水位信號送至PLC；另兩個換能器分別用來測量格柵機柵前和柵后水位，將它們依次接入另一個控制表的通道1和通道2，通過對控制表的編程，可以在控制表的液晶屏上循環(huán)顯示柵前水位值、柵后水位值和柵前柵后水位差值，通過控制表上和通道1、2對應(yīng)的模擬量經(jīng)通道1、2將柵前和柵后水位信號分別送至PLC。

2.硬件設(shè)計

電路設(shè)計的主要思想是：確保核心控制部件（主要是PLC和觸摸屏）的安全。一方面原因是這部分的產(chǎn)品價格比較昂貴，另一方面因為這部分是各種現(xiàn)場信號集中的地方，這些信號分布在現(xiàn)場不同的地方，多數(shù)又和現(xiàn)場的強電控制電路或動力線分布在一起，這樣就有可能由于接線失誤、電纜間感應(yīng)、設(shè)備故障或其他復(fù)雜原因?qū)е履骋恍盘柧€帶有強電，使得這些核心部件燒毀，從而使整個控制系統(tǒng)崩潰。

基于以上考慮，設(shè)計的時候采取了以下措施：

（1）PLC開關(guān)量輸入、輸出通道全部用小型繼電器與現(xiàn)場信號隔離。

（2）PLC模擬量輸入通道采用專門的過程信號隔離端子隔離，不僅起到保護(hù)設(shè)備的作用，還提高了信號的抗干擾能力。

（3）控制柜的220V電源采用隔離變壓器隔離，防止電網(wǎng)的沖擊。

（4）使用3塊獨立的24V開關(guān)電源模塊分別為觸摸屏、開關(guān)量信號電路、模擬信號電路供電。

（5）輸出到現(xiàn)場的控制信號加保險絲。

（6）由于人機界面安裝在PLC控制柜前面板，因此控制柜采用前面板固定、后開門方式，PLC置于前面板內(nèi)側(cè)，隔離變壓器安裝在下側(cè)，所有配電電路、開關(guān)量輸出信號電路布置在控制柜左側(cè)，開關(guān)量輸入信號電路、模擬量輸入信號電路布置在右側(cè)，柜頂裝有排風(fēng)扇和照明燈，照明燈開關(guān)裝在門上，門開則燈亮。整個控制柜布置美觀、合理，既保護(hù)了設(shè)備，又提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

3.程序設(shè)計

3.1 PLC程序設(shè)計

格柵機部分的PLC程序設(shè)計相對較為簡單，主要以柵前柵后水位差或時間間隔來實現(xiàn)控制。而潛水泵部分程序設(shè)計需考慮以下內(nèi)容：

（1）潛水泵不應(yīng)頻繁啟動。

（2）在生產(chǎn)運行中各泵的累積運行時間應(yīng)基本一致。

（3）系統(tǒng)要具有良好的可靠性，任何一臺泵的損壞不能影響系統(tǒng)的正常運行。

（4）系統(tǒng)要具有良好的報警和故障記錄功能。海州污水泵站潛水泵PLC程序設(shè)計設(shè)置了6個水限，由PLC程序根據(jù)集水池水位設(shè)定值自動控制各泵的啟停。

1）至少有兩臺泵同時處于自動方式，系統(tǒng)才可全自動運行；在系統(tǒng)剛滿足全自動運行條件的1min之后，系統(tǒng)才進(jìn)入全自動運行方式。

2）在水位越過水限時進(jìn)行數(shù)字濾波，數(shù)字濾波時間可設(shè)為1min之內(nèi)。

3）在系統(tǒng)發(fā)出啟泵命令的1min之后該泵未運行，則停止啟動該泵并聲光報警；同樣，在系統(tǒng)發(fā)出停泵命令的1min之后該泵未停止運行，則聲光報警。

4）在泵啟動后的一定時間（幾秒，小于啟動時間，可稱之為“堵轉(zhuǎn)時間”），泵的電流未降到一定值（大于額定電流小于量程電流，稱之為“堵轉(zhuǎn)電流”），判斷該泵堵轉(zhuǎn)，停止該泵并聲光報警。

5）在泵運行過程中，若泵的電流連續(xù)大于過載電流一定的時間，則可判斷該泵過載，停止該泵并聲光報警。

6）在啟動一臺泵時，2min之內(nèi)不得再啟動其他任何泵。

7）各泵互為備用，若一臺泵在運行中出現(xiàn)故障停止運行，則立即啟動另一臺優(yōu)先級高的泵。

8）如果一臺泵連續(xù)運行12h，則停該泵，啟動另一臺優(yōu)先級高的泵。

9）故障的處理：在泵出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)將記錄并保持該故障，同時禁止該泵的再次運行，直到維修人員現(xiàn)場檢查排除故障，再到觸摸屏上復(fù)位該故障。

10）從某一時刻起對各泵的運行（無論手動運行或是自動運行）時間以0.1s為單位進(jìn)行計時，最后換算成h、min、s、ms，并以此作為各泵啟泵優(yōu)先級和停泵優(yōu)先級的主要判別依據(jù)。

11）允許潛水泵工作的最低水位限位開關(guān)動作，若低于此限，則停所有泵。

基于以上考慮，系統(tǒng)在全自動運行方式下具有較強的自調(diào)節(jié)能力，在設(shè)備正常的情況下是不需要人工干預(yù)的，并可在長時間運行中使各泵的運行時間基本一致。

3.2人機界面組態(tài)程序設(shè)計

在進(jìn)行人機界面組態(tài)程序設(shè)計時，應(yīng)重點考慮系統(tǒng)的安全性和易操作性，其次是界面盡量友好、生動。在本系統(tǒng)中，實現(xiàn)的主要功能有：

（1）界面展示了整個生產(chǎn)工藝流程和各個設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況。

（2）在潛水泵控制畫面上不僅可以看到泵的所有參數(shù)，還可以在泵處于監(jiān)控方式下在觸摸屏上直接控制各泵的啟停。

（3）在格柵機控制畫面上不僅可以看到格柵機的所有參數(shù)，還可以在格柵機處于監(jiān)控方式下控制各格柵機的啟停，在格柵機處于程控自動方式下看到格柵機是如何根據(jù)柵前柵后水位差和時間來自動運行。

（4）在參數(shù)設(shè)定畫面上可以設(shè)置系統(tǒng)所需的所有工藝參數(shù)，還可以實現(xiàn)泵累計運行時間的刷新、各設(shè)備故障復(fù)位、用戶管理等功能。

（5）在曲線顯示畫面上可以觀察分析諸如各泵電流、各池水位等模擬量的變化情況。

（6）在故障報警畫面上可以記錄每個故障發(fā)生、消除的時間及故障的原因等，方便用戶排除故障。

（7）用戶在控制各設(shè)備或修改系統(tǒng)工藝參數(shù)的時候必須獲得一定的權(quán)限才能進(jìn)行。

4.結(jié)語

污水泵站自動控制系統(tǒng)安全可靠、效率高，自投入運行以來效果一直良好。隨著自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，如何將污水泵站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計和實施工作完成得更好，還望與各位同仁進(jìn)行探討。 [科]

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