可編程控制器監(jiān)控系統(tǒng)在水廠送水泵房的建立

1、可編程控制器監(jiān)控系統(tǒng)在水廠送水泵房的建立一、引言目前，我公司已有一水廠、五水廠兩個(gè)水廠和長(zhǎng)大集團(tuán)第八水廠的 DCS系統(tǒng)相繼實(shí)施竣工，使水廠生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化水平大大提高，本文就構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)子站送水泵站，談一談可編程控制器監(jiān)控系統(tǒng)在該站點(diǎn)的建立。送水泵站是水處理工藝的最后一道工序，清水經(jīng)過(guò)它升壓后直接輸送給用戶(hù)，所以，怎樣應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)控制技術(shù)，改善和提高送水泵站的自動(dòng)化水平，研制出先進(jìn)的可編程控制器監(jiān)控系統(tǒng)，保障城市供水是我們的主要任務(wù)。二、系統(tǒng)組成送水泵站的主要控制設(shè)備為高壓電機(jī)和出水閥門(mén)及改進(jìn)后安裝的排氣電磁閥。可編程控制器通過(guò)對(duì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)柜、高壓柜、閥門(mén)控制臺(tái)等設(shè)備和相關(guān)儀表輸出的各種

2、信號(hào)、參數(shù) (如：電流、電壓、出廠水流量、余氯、濁度、水壓、水位等)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析、處理，再輸出給控制對(duì)象，利用PC機(jī)，通過(guò)WINCC組態(tài)軟件，做成一個(gè)非常友好、生動(dòng)鮮明的界面，方便地監(jiān)視本站點(diǎn)的生產(chǎn)工況并對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線PRO-FIBUS把本站點(diǎn)的PLC和PC電腦與其他站點(diǎn)、中控室、廠長(zhǎng)室等連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)工控網(wǎng)絡(luò)。三、系統(tǒng)功能 通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行操作，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，具備手動(dòng)、單控、聯(lián)控、全自動(dòng)控制功能； 能夠?qū)崟r(shí)地遠(yuǎn)程采集生產(chǎn)設(shè)備的狀況信息， ( 如手動(dòng)、自動(dòng)、運(yùn)行、故障等 ) ，以及水處理工藝參數(shù) ( 如流量、壓力、余氯、濁度、水位等 ) ； 對(duì)多種信息、參數(shù)進(jìn)行

3、計(jì)算、分析、處理，設(shè)置超限報(bào)警，上傳等，并形成隨時(shí)間變化的曲線； 各功能模塊的點(diǎn)數(shù)留有 10% 的余量供備用，必要時(shí)可方便地進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展； 具有網(wǎng)絡(luò)功能的監(jiān)控計(jì)算機(jī)、可編程控制器與各個(gè)子站之間，采用 PROFIBUS 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)網(wǎng)通訊，可進(jìn)行有限的子站畫(huà)面相互切換。 能與微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)通訊，取得各種電運(yùn)行參數(shù)供系統(tǒng)使用。四、硬件設(shè)計(jì)1.PLC模塊選取 根據(jù)監(jiān)控要求，該站選用了西門(mén)子SI-MATICS7300PLC，其模板配置如圖：ABCDDDEFFA ：電源模塊 PS307B ：中央處理器模塊 CPU315-2DPC ：通訊模塊 CP343-5D ：數(shù)字量輸入模塊 SM321E ：數(shù)字量

4、輸出模塊 SM322F ：模擬量模塊 SM3312. 本站點(diǎn)控制柜 (PLC 柜 ) 設(shè)計(jì)考慮到泵站的具體工作環(huán)境和控制應(yīng)用對(duì)象的重要性等因素，對(duì)電源回路加裝了電源凈化器件，由于 PLC本身電源容量小，只有幾十毫安至幾百毫安，故外加了一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，以滿(mǎn)足中間繼電器、電磁閥、儀表的電容量需求，對(duì)PLC采集的每個(gè)數(shù)字量信號(hào)，在電路上盡可能不與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生直接關(guān)系，采取隔離措施構(gòu)成單一回路，既保證了本系統(tǒng)的安全，也保障了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的安全 。五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用軟件有三套需自行編制開(kāi)發(fā)，他們分別是：1.監(jiān)控應(yīng)用軟件它是用 SIMATICWINCC組態(tài)軟件進(jìn)行編制的，它的設(shè)計(jì)思想是視窗控制中心

5、，建立在標(biāo)準(zhǔn)個(gè)人計(jì)算機(jī)硬件及Windows98或Windows NT操作系統(tǒng)下，編制了一個(gè)充滿(mǎn)了吸引力的適合于生產(chǎn)工藝過(guò)程的流程畫(huà)面。2.下位機(jī)軟件采用 SIMACSTEP7工具軟件進(jìn)行編程，它可運(yùn)行在個(gè)人計(jì)算機(jī)Windows環(huán)境下，界面友好，并提供了強(qiáng)勁的編程、調(diào)試、診斷等功能。使用結(jié)構(gòu)化功能塊編程方法，編程語(yǔ)言采用了梯形圖(LadderDiagram)和語(yǔ)言表(STL)兩種語(yǔ)言相結(jié)合的方法，將各種功能進(jìn)行模塊化，這樣使程序結(jié)構(gòu)層次清晰，且有部分程序可通用化、標(biāo)準(zhǔn)化以利修改調(diào)試。3.本系統(tǒng)計(jì)算機(jī)與微機(jī)繼電保護(hù)計(jì)算機(jī)的通訊軟件考慮到本系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)計(jì)與要求，必須與微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以

6、確保系統(tǒng)功能的完善及正常運(yùn)行，該軟件采用 Windows操作系統(tǒng)下的進(jìn)行編程。六、結(jié)束語(yǔ)實(shí)踐證明，水廠送水泵房可編程控制監(jiān)控系統(tǒng)的建立，使管理者可以方便地掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息，歷史數(shù)據(jù)，機(jī)泵的多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)指揮決策、優(yōu)化調(diào)度和水廠運(yùn)行管理，設(shè)備維護(hù)提供服務(wù)，有效地提高了水泵機(jī)組的自保護(hù)功能，嚴(yán)格規(guī)范了設(shè)備操作堆積，杜絕了誤操作事故，確保設(shè)備在安全、經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下運(yùn)行，得到了用戶(hù)的好評(píng)。斷電延時(shí)動(dòng)作的PLC程序梯形圖大多數(shù)PLC的定時(shí)器均為接通延時(shí)定時(shí)器，即定時(shí)器線圈通電后開(kāi)始延時(shí)，待定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。在定時(shí)器線圈斷電時(shí)，定時(shí)器的觸點(diǎn)立刻復(fù)位。如圖5-9所

7、示為斷開(kāi)延時(shí)程序的梯形圖和動(dòng)作時(shí)序圖。當(dāng)X13接通時(shí)，M0線圈接通并自鎖，Y3線圈通電，這時(shí)T13由于X13常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)而沒(méi)有接通定時(shí)；當(dāng)X13斷開(kāi)時(shí)，X13的常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，T13線圈得電，開(kāi)始定時(shí)。經(jīng)過(guò)10s延時(shí)后，T13常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使M0復(fù)位，Y3線圈斷電，從而實(shí)現(xiàn)從輸入信號(hào)X13斷開(kāi)，經(jīng)10s延時(shí)后，輸出信號(hào)Y3才斷開(kāi)的延時(shí)功能。圖5-9 斷電延時(shí)動(dòng)作的程序a）梯形圖 b）時(shí)序圖多個(gè)定時(shí)器組合的延時(shí)程序的PLC梯形圖一般PLC的一個(gè)定時(shí)器的延時(shí)時(shí)間都較短，如FX系列PLC中一個(gè)0.1s定時(shí)器的定時(shí)范圍為0.13276.7s，如果需要延時(shí)時(shí)間更長(zhǎng)的定時(shí)器，可采用多個(gè)定時(shí)器串級(jí)使用來(lái)實(shí)

8、現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)。定時(shí)器串級(jí)使用時(shí)，其總的定時(shí)時(shí)間為各定時(shí)器定時(shí)時(shí)間之和。如圖5-10所示為定時(shí)時(shí)間為1h的梯形圖及時(shí)序圖，輔助繼電器M1用于定時(shí)啟?？刂疲捎脙蓚€(gè)0.1s定時(shí)器T14和T15串級(jí)使用。當(dāng)T14開(kāi)始定時(shí)后，經(jīng)1800s延時(shí)，T14的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使T15再開(kāi)始定時(shí)，又經(jīng)1800s的延時(shí)，T15的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y4線圈接通。從X14接通，到Y(jié)4輸出，其延時(shí)時(shí)間為1800s+1800s=3600s=1h。圖5-10 用定時(shí)器串級(jí)的長(zhǎng)延時(shí)程序a）梯形圖 b）時(shí)序圖 SHAPE * MERGEFORMAT應(yīng)用計(jì)數(shù)器的延時(shí)PLC程序梯形圖只要提供一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入信號(hào)，計(jì)數(shù)

9、器就可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，時(shí)鐘脈沖信號(hào)的周期與計(jì)數(shù)器的設(shè)定值相乘就是定時(shí)時(shí)間。時(shí)鐘脈沖信號(hào)，可以由PLC內(nèi)部特殊繼電器產(chǎn)生（如FX系列PLC的M8011、M8012、M8013和M8014等），也可以由連續(xù)脈沖發(fā)生程序產(chǎn)生，還可以由PLC外部時(shí)鐘電路產(chǎn)生。如圖5-11所示為采用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)延時(shí)的程序，由M8012產(chǎn)生周期為0.1s時(shí)鐘脈沖信號(hào)。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)X15閉合時(shí)，M2得電并自鎖，M8012時(shí)鐘脈沖加到C0的計(jì)數(shù)輸入端。當(dāng)C0累計(jì)到18000個(gè)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器C0動(dòng)作，C0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y5線圈接通，Y5的觸點(diǎn)動(dòng)作。從X15閉合到Y(jié)5動(dòng)作的延時(shí)時(shí)間為180000.11800s。延時(shí)誤差和精度主要由時(shí)

10、鐘脈沖信號(hào)的周期決定，要提高定時(shí)精度，就必須用周期更短的時(shí)鐘脈沖作為計(jì)數(shù)信號(hào)。圖5-11 應(yīng)用一個(gè)計(jì)數(shù)器的延時(shí)程序a）梯形圖 b）時(shí)序圖 SHAPE * MERGEFORMAT 延時(shí)程序最大延時(shí)時(shí)間受計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值和時(shí)鐘脈沖的周期限制，如圖5-11所示計(jì)數(shù)器C0的最大計(jì)數(shù)值為32767，所以最大延時(shí)時(shí)間為：327670.13276.7s。要增大延時(shí)時(shí)間，可以增大時(shí)鐘脈沖的周期，但這又使定時(shí)精度下降。為獲得更長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)，同時(shí)又能保證定時(shí)精度，可采用兩級(jí)或多級(jí)計(jì)數(shù)器串級(jí)計(jì)數(shù)。如圖5-12所示為采用兩級(jí)計(jì)數(shù)器串級(jí)計(jì)數(shù)延時(shí)的一個(gè)例子。圖中由C0構(gòu)成一個(gè)1800s（30min）的定時(shí)器，其常開(kāi)觸點(diǎn)

11、每隔30min閉合一個(gè)掃描周期。這是因?yàn)镃0的復(fù)位輸入端并聯(lián)了一個(gè)C0常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)C0累計(jì)到18000個(gè)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器C0動(dòng)作，C0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，C0復(fù)位，C0計(jì)數(shù)器動(dòng)作一個(gè)掃描周期后又開(kāi)始計(jì)數(shù)，使C0輸出一個(gè)周期為30min、脈寬為一個(gè)掃描周期的時(shí)鐘脈沖。C0的另一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)作為C1的計(jì)數(shù)輸入，當(dāng)C0常開(kāi)觸點(diǎn)接通一次，C1輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)C1計(jì)數(shù)脈沖累計(jì)到10個(gè)時(shí)，計(jì)數(shù)器C1動(dòng)作，C1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使Y5線圈接通，Y5觸點(diǎn)動(dòng)作。從X15閉合，到Y(jié)5動(dòng)作，其延時(shí)時(shí)間為180000.11018000s（5h）。計(jì)數(shù)器C0和C1串級(jí)后，最大的延時(shí)時(shí)間可達(dá)：327670.132767s29824

12、.34 h1242.68天。圖5-12 應(yīng)用兩個(gè)計(jì)數(shù)器的延時(shí)程序西門(mén)子S7-200在多臺(tái)潛水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用1 引言化工廠、電子廠的漂染沖洗液或電鍍沖洗液等工業(yè)廢水為合乎排放要求，必須經(jīng)過(guò)分離、沉淀等多級(jí)處理，使用污水潛水泵對(duì)此工業(yè)污水進(jìn)行提升、匯集、調(diào)節(jié)等處理。PLC因其經(jīng)濟(jì)性、靈活性可靠性而得到廣泛的應(yīng)用，PLC的軟件可以完成以往傳統(tǒng)的接觸器繼電器式控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)的控制功能，而且程序的編制修改靈活方便。西門(mén)子S7-200系列PLC因結(jié)構(gòu)緊湊，編程簡(jiǎn)單方便、指令豐富、功能齊全而得到廣大工程技術(shù)人員的喜愛(ài)，廣泛應(yīng)用于各種中小型自動(dòng)控制系統(tǒng)之中。2 系統(tǒng)控制要求系統(tǒng)要求控制5臺(tái)45kW的潛水污

13、水泵輪換工作，并且具有故障自投、互為備用功能，以保證某臺(tái)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，其它水泵能及時(shí)投入使用。水泵的啟停液位控制器使用浮球控制器5個(gè)，分為五級(jí)水位控制，每個(gè)浮球的高水位作為啟泵信號(hào)使用，低水位作為停泵信號(hào)使用。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為手動(dòng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分，手動(dòng)控制系統(tǒng)作為一種應(yīng)急控制而存在，自動(dòng)控制系統(tǒng)使用PLC實(shí)現(xiàn)。3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路為實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水泵的輪換啟停及故障自投功能，一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方法是使用西門(mén)子S7-200系列微型PLC(CPU224)的入表指令(ATT)及先入先出指令(FIFO)，將5臺(tái)水泵作為一個(gè)隊(duì)列，當(dāng)水泵運(yùn)行或故障時(shí)出列，水泵故障排除或低水位停止時(shí)入列。例如，

14、隊(duì)列中原來(lái)水泵的啟動(dòng)工作順序?yàn)?2345循環(huán)啟動(dòng)，當(dāng)3#泵故障時(shí)出列，水泵的啟動(dòng)次序?yàn)?245循環(huán)啟動(dòng)，當(dāng)3#泵修復(fù)正常后，水泵的工作次序?yàn)?2453循環(huán)啟動(dòng)，如此類(lèi)推， 如圖1所示。因此，我們將正常無(wú)故障的水泵作為一個(gè)備用泵隊(duì)列，將正在運(yùn)行的水泵作為運(yùn)行泵隊(duì)列，通過(guò)隊(duì)列中水泵的出入來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的循環(huán)啟動(dòng)功能。圖1 水泵的啟動(dòng)次序3.2 軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)本控制系統(tǒng)中，5臺(tái)水泵的熱繼電器故障輸入及5個(gè)高水位信號(hào)輸入共10個(gè)輸入點(diǎn)，5個(gè)啟動(dòng)水泵及一個(gè)報(bào)警輸出點(diǎn)共6個(gè)輸出點(diǎn)，西門(mén)子CPU224具有12個(gè)輸入點(diǎn)，10個(gè)輸出點(diǎn)，已滿(mǎn)足使用要求。(1) 啟動(dòng)信號(hào):1#5#高水位脈沖信號(hào)，共用信號(hào)，水泵啟動(dòng)時(shí)

15、代表水泵的隊(duì)列編號(hào)(1#5#)從備用泵隊(duì)列中出列，同時(shí)此編號(hào)入運(yùn)行泵隊(duì)列。(2) 停止信號(hào):1#5#低水位脈沖信號(hào)，共用信號(hào)，此時(shí)水泵編號(hào)的轉(zhuǎn)移從運(yùn)行泵隊(duì)列移至備用泵隊(duì)列l(wèi) 入列(入先進(jìn)先出隊(duì)列):當(dāng)高水位脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)，使用填表指令(ATT)入表;l 出列(出先進(jìn)先出隊(duì)列):當(dāng)?shù)退幻}沖信號(hào)到達(dá)時(shí)，使用先進(jìn)先出指令(FIFO)出列。(3) 故障出列:包括水泵運(yùn)行或停止時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)的出列，故障泵自動(dòng)退出運(yùn)行，并把下一臺(tái)未運(yùn)行的正常泵作為備用泵，隨時(shí)等待啟動(dòng)信號(hào)。故障定義:空氣開(kāi)關(guān)跳閘的輸出信號(hào)、電機(jī)熱繼電器過(guò)載。(4) PLC的程序設(shè)計(jì)流程圖圖2示出PLC程序流程圖。西門(mén)子PLC具有良好的編程

16、界面，對(duì)于S7-200的編程軟件STEP7 Micro WIN，各子程序及主程序是在編寫(xiě)時(shí)獨(dú)立分開(kāi)的，各個(gè)子程序可以定義為完成各種單獨(dú)功能的子程序，以主程序調(diào)用各個(gè)子程序，各子程序之間可以互為調(diào)用。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，各子程序的功能定義及分配如下: l SBR0:初始化子程序;l SBR1:備用泵初始入列處理子程序;l SBR2:故障出入列處理子程序; l SBR3:隊(duì)列移位處理子程序; l SBR4:啟停泵處理子程序;l SBR5:定時(shí)輪換處理子程序。以1#泵出現(xiàn)故障為例，在SBR2子程序中，水泵故障及修復(fù)后出入隊(duì)列的部分程序如圖3，其中，參數(shù)IN1傳遞的為水泵備用隊(duì)列編號(hào)，參數(shù)IN2傳遞的為水泵運(yùn)行隊(duì)列編號(hào)。 圖3 子程序SBR2(5) 軟件編寫(xiě)時(shí)應(yīng)該考慮的問(wèn)題l 為防止水面波動(dòng)引起浮球誤動(dòng)作，增加延時(shí)2s判斷;l 浮球故障引起的上下水位信號(hào)中有兩個(gè)或以上信號(hào)同時(shí)或短時(shí)間內(nèi)接通，此時(shí)只接收一個(gè)信號(hào)，同時(shí)由PLC輸出報(bào)警，以便檢查故障;l