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      污水泵站控制系統(tǒng)研究

      2013-05-30 04:52:44陳俊武
      關(guān)鍵詞:硬件設(shè)計軟件設(shè)計

      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]

      【參考文獻(xiàn)】

      [1]賈金明,劉達(dá)克.海州污水泵站控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國建設(shè)信息(水工業(yè)市場),2006,(06).

      [2]龐科旺,陳玉亮.城市污水泵站無人值守控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].給水排水,2007,(08).

      [3]王平揚,吳順勇,李佳林.污水泵站控制系統(tǒng)方案研究[J].微計算機信息,2008,(19).

      [4]陳金龍,劉晨,李納璺.桂林市城市污水泵站集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].給水排水,2008,(S1).

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