PLC抽水泵站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

肖懷志

深圳市水務(wù)技術(shù)服務(wù)有限公司 518000

摘要：在泵站控制系統(tǒng)中，由于PLC具有獨(dú)特的功能，因此在泵站自動(dòng)化控制中能起到很大的作用。本文針對(duì)抽水泵站系統(tǒng)控制要求，對(duì)PLC泵站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：PLC；泵站；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1.前言

PLC自80年代開始快速發(fā)展，在我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制應(yīng)用領(lǐng)域中，PLC的應(yīng)用是比較活躍的。由于其具有較高可靠性和應(yīng)用靈活、使用方便等特點(diǎn)，在自動(dòng)化控制應(yīng)用中可以提供安全可靠和相對(duì)完善的解決方案，適用于目前企業(yè)工業(yè)自動(dòng)化的需求。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高，越來(lái)越多的無(wú)人值守泵站建成，可以大大的降低泵站運(yùn)行人工成本，使有限的運(yùn)行費(fèi)用用于泵站設(shè)備的改造、維修及維護(hù)上，從而更好地提高泵站設(shè)備使用性。本文針對(duì)抽水泵站系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，運(yùn)用CUP224與MCGS人機(jī)交互界面建立一個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)水泵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄，從而確保水泵良好的運(yùn)行狀態(tài)，減少停水次數(shù)，建立一套泵站“無(wú)人值守”控制系統(tǒng)。

2.水泵啟動(dòng)系統(tǒng)組成

離心式水泵，需要在啟動(dòng)前入口真空度達(dá)到一定程度時(shí)才會(huì)啟動(dòng)。那是由于水位已經(jīng)超出了離心式水泵自吸能力的范疇，通過(guò)負(fù)壓將水引到離心式水泵，然后再啟動(dòng)離心式水泵。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)離心式水泵沒(méi)有吸到水，就會(huì)影響泵內(nèi)機(jī)械密封等水冷卻密封部件。本文主要采用真空泵引水方式。

本控制系統(tǒng)主要是由三個(gè)模塊組成，即主控制器模塊、液位檢測(cè)模塊和人機(jī)交互模塊。其中：主控制器模塊主要完成對(duì)過(guò)程信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和處理；液位檢測(cè)模塊是完成對(duì)液位信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，并得出真空度的計(jì)算值；人機(jī)交互模塊是顯示監(jiān)控畫面和監(jiān)視過(guò)程運(yùn)行情況。泵站主要控制對(duì)象有水泵系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)、檢測(cè)壓力和液位的儀表等。遠(yuǎn)程啟動(dòng)水泵的工作條件是真空度測(cè)量值小于計(jì)算值。

2.1 主控制器模塊

根據(jù)成本要求及控制點(diǎn)數(shù)，本系統(tǒng)采用西門子PLCS7-200 為主控制器，選擇 CPU224 作為主機(jī)模塊，該模塊的控制點(diǎn)數(shù) 14 點(diǎn)輸入，10 點(diǎn)輸出，配有 1個(gè) RS-485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊、MPI 通訊和自由方式通訊能力，是具有較強(qiáng)控制能力的小型控制器，各項(xiàng)性能均滿足泵站控制系統(tǒng)的要求。

2.2 液位檢測(cè)模塊

液位檢測(cè)模塊的核心部件是液位檢測(cè)傳感器，現(xiàn)在一般采用壓力傳感器、浮球式液位傳感器、電感式傳感器、穿透式超聲波傳感器等，都因各種問(wèn)題不能正常使用。本文采用超聲波液位傳感器，安全穩(wěn)定可靠易安裝易維護(hù)。

該裝置的原理是，將壓力傳感器安裝在水泵的出口端，液位傳感器安裝在井口可以直射液面的地方。設(shè)液位傳感器安裝的位置距液面為h1，h1 為變量，也就是可以任意高度液面時(shí)啟動(dòng)水泵；設(shè)液位傳感器安裝的位置距水泵葉輪上端的某一位置為h2，h2為定值，這個(gè)位置是固定不變的。h1+h2=H，H是水泵的允許啟動(dòng)高度，也就是泵體內(nèi)的真空度，用負(fù)的Pa單位來(lái)表示。發(fā)出啟動(dòng)水泵指令后，液位傳感器將檢測(cè)到的h1數(shù)值，輸送給 PLC 系統(tǒng)，經(jīng)過(guò) PLC 程序處理后，PLC 系統(tǒng)將檢測(cè)到的h1 數(shù)值加上h2 數(shù)值，向壓力傳感器輸送一個(gè)H的數(shù)值，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到水泵泵體內(nèi)的真空度達(dá)到該數(shù)值時(shí)，壓力傳感器就輸出信號(hào)，啟動(dòng)水泵電機(jī)，至此水泵系統(tǒng)啟動(dòng)結(jié)束。位置布局圖如圖1所示。

圖1位置布局圖

2.3 人機(jī)交互模塊

本系統(tǒng)采用 MCGS 通用軟件。其是一種連接人和機(jī)器的人機(jī)界面，具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。通過(guò)與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場(chǎng)采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。首先進(jìn)行驅(qū)動(dòng)構(gòu)件添加西門子 S7-200PPI，完成 MCGS 與西門子 PLC 的驅(qū)動(dòng)通訊構(gòu)件；根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行父設(shè)備與子設(shè)備基本參數(shù)設(shè)置，進(jìn)而建立數(shù)據(jù)變量，繪制人機(jī)畫面窗口。

3系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

泵的啟動(dòng)/停止控制分手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式。根據(jù)工藝要求，本系統(tǒng)在手動(dòng)模式下，由現(xiàn)場(chǎng)控制箱面板按鈕可啟動(dòng)和停止真空泵，程序無(wú)法干預(yù)；自動(dòng)模式下，泵的啟動(dòng)/停止靠程序控制，考慮到安全問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)控制箱控制面板按鈕也可停止真空泵。真空泵的控制回路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2真空泵控制回路設(shè)計(jì)

4系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

PLC 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、與上位機(jī)通訊、執(zhí)行上位機(jī)下發(fā)的指令以及對(duì)泵進(jìn)行“無(wú)人值守”自動(dòng)控制；配有現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行工況查看并進(jìn)行一些基本控制。主程序框架如圖3所示。

圖3主程序結(jié)構(gòu)框架

4.1 真空度計(jì)算的軟件實(shí)現(xiàn)

真空度的計(jì)算值由液位傳感器采集的液位 h1計(jì)算得到。

4.2 上位機(jī)監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控部分由 MCGS 軟件完成。操作人員可以進(jìn)行泵的安裝高度、水箱高度等設(shè)置和修正，同時(shí)對(duì)液位測(cè)量值的監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)的記錄。監(jiān)控畫面如圖4所示。

圖4 監(jiān)控編輯畫面

5.結(jié)語(yǔ)

由于PLC 的泵站控制系統(tǒng)具有快速可靠的性能，利用液位傳感器計(jì)算壓力值，與實(shí)測(cè)的真空度進(jìn)行比較，可以有效實(shí)現(xiàn)水泵的精確啟?？刂?，提高了工作效率和安全性，達(dá)到了理想的啟停效果，滿足工程實(shí)際應(yīng)用的要求。對(duì)于無(wú)人值守泵站的不斷建成，我們就對(duì)其進(jìn)行更多的研究，以確保各控制泵站點(diǎn)的可靠運(yùn)行及控制系統(tǒng)下執(zhí)行機(jī)構(gòu)的利用率，進(jìn)而減少故障發(fā)生次數(shù)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

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