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、五水廠兩個水廠和長大集團第八水廠的 DCS系統(tǒng)相繼實施竣工，使水廠生產(chǎn)和管理的自動化水平大大提高，本文就構成系統(tǒng)的一個子站送水泵站，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)過它升壓后直接輸送給用戶，所以，怎樣應用現(xiàn)代科學控制技術，改善和提高送水泵站的自動化水平，研制出先進的可編程控制器監(jiān)控系統(tǒng)，保障城市供水是我們的主要任務。二、系統(tǒng)組成送水泵站的主要控制設備為高壓電機和出水閥門及改進后安裝的排氣電磁閥?？删幊炭刂破魍ㄟ^對微機保護系統(tǒng)柜、高壓柜、閥門控制臺等設備和相關儀表輸出的各種

2、信號、參數(shù) (如：電流、電壓、出廠水流量、余氯、濁度、水壓、水位等)進行實時采集、分析、處理，再輸出給控制對象，利用PC機，通過WINCC組態(tài)軟件，做成一個非常友好、生動鮮明的界面，方便地監(jiān)視本站點的生產(chǎn)工況并對設備進行控制?，F(xiàn)場總線PRO-FIBUS把本站點的PLC和PC電腦與其他站點、中控室、廠長室等連接起來構成一個工控網(wǎng)絡。三、系統(tǒng)功能· 通過計算機對生產(chǎn)設備進行操作，對工藝過程進行監(jiān)控，具備手動、單控、聯(lián)控、全自動控制功能；· 能夠實時地遠程采集生產(chǎn)設備的狀況信息， ( 如手動、自動、運行、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 )

3、；· 對多種信息、參數(shù)進行計算、分析、處理，設置超限報警，上傳等，并形成隨時間變化的曲線；· 各功能模塊的點數(shù)留有 10% 的余量供備用，必要時可方便地進行系統(tǒng)擴展；· 具有網(wǎng)絡功能的監(jiān)控計算機、可編程控制器與各個子站之間，采用 PROFIBUS 工業(yè)現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)通訊，可進行有限的子站畫面相互切換。· 能與微機繼電保護系統(tǒng)通訊，取得各種電運行參數(shù)供系統(tǒng)使用。四、硬件設計1.PLC模塊選取 根據(jù)監(jiān)控要求，該站選用了西門子SI-MATICS7300PLC，其模板配置如圖：ABCDDDEFFA ：電源模塊 PS307B ：中央處理器模塊 CPU315-2DPC

4、 ：通訊模塊 CP343-5D ：數(shù)字量輸入模塊 SM321E ：數(shù)字量輸出模塊 SM322F ：模擬量模塊 SM3312. 本站點控制柜 (PLC 柜 ) 設計考慮到泵站的具體工作環(huán)境和控制應用對象的重要性等因素，對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，故外加了一個開關電源，以滿足中間繼電器、電磁閥、儀表的電容量需求，對PLC采集的每個數(shù)字量信號，在電路上盡可能不與現(xiàn)場生產(chǎn)設備發(fā)生直接關系，采取隔離措施構成單一回路，既保證了本系統(tǒng)的安全，也保障了現(xiàn)場生產(chǎn)設備的安全 。五、系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)應用軟件有三套需自行編制開發(fā)，他們分別是：1.監(jiān)控應用軟件它是用

5、 SIMATICWINCC組態(tài)軟件進行編制的，它的設計思想是視窗控制中心，建立在標準個人計算機硬件及Windows98或Windows NT操作系統(tǒng)下，編制了一個充滿了吸引力的適合于生產(chǎn)工藝過程的流程畫面。2.下位機軟件采用 SIMACSTEP7工具軟件進行編程，它可運行在個人計算機Windows環(huán)境下，界面友好，并提供了強勁的編程、調試、診斷等功能。使用結構化功能塊編程方法，編程語言采用了梯形圖(LadderDiagram)和語言表(STL)兩種語言相結合的方法，將各種功能進行模塊化，這樣使程序結構層次清晰，且有部分程序可通用化、標準化以利修改調試。3.本系統(tǒng)計算機與微機繼電保護計算機的通訊

6、軟件考慮到本系統(tǒng)的監(jiān)控設計與要求，必須與微機繼電保護系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，以確保系統(tǒng)功能的完善及正常運行，該軟件采用 Windows操作系統(tǒng)下的進行編程。六、結束語實踐證明，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)場的實時信息，歷史數(shù)據(jù)，機泵的多項運行參數(shù)，為各級領導指揮決策、優(yōu)化調度和水廠運行管理，設備維護提供服務，有效地提高了水泵機組的自保護功能，嚴格規(guī)范了設備操作堆積，杜絕了誤操作事故，確保設備在安全、經(jīng)濟的狀態(tài)下運行，得到了用戶的好評。斷電延時動作的PLC程序梯形圖大多數(shù)PLC的定時器均為接通延時定時器，即定時器線圈通電后開始延時，待定時時間到，定時器的常開觸點閉

7、合、常閉觸點斷開。在定時器線圈斷電時，定時器的觸點立刻復位。如圖5-9所示為斷開延時程序的梯形圖和動作時序圖。當X13接通時，M0線圈接通并自鎖，Y3線圈通電，這時T13由于X13常閉觸點斷開而沒有接通定時；當X13斷開時，X13的常閉觸點恢復閉合，T13線圈得電，開始定時。經(jīng)過10s延時后，T13常閉觸點斷開，使M0復位，Y3線圈斷電，從而實現(xiàn)從輸入信號X13斷開，經(jīng)10s延時后，輸出信號Y3才斷開的延時功能。 圖5-9  斷電延時動作的程序a）梯形圖      b）時序圖多個定時器組合的延時程序的PLC梯形圖一般PLC的

8、一個定時器的延時時間都較短，如FX系列PLC中一個0.1s定時器的定時范圍為0.13276.7s，如果需要延時時間更長的定時器，可采用多個定時器串級使用來實現(xiàn)長時間延時。定時器串級使用時，其總的定時時間為各定時器定時時間之和。如圖5-10所示為定時時間為1h的梯形圖及時序圖，輔助繼電器M1用于定時啟停控制，采用兩個0.1s定時器T14和T15串級使用。當T14開始定時后，經(jīng)1800s延時，T14的常開觸點閉合，使T15再開始定時，又經(jīng)1800s的延時，T15的常開觸點閉合，Y4線圈接通。從X14接通，到Y4輸出，其延時時間為1800s+1800s=3600s=1h。  圖5

9、-10  用定時器串級的長延時程序a）梯形圖      b）時序圖 SHAPE  * MERGEFORMAT應用計數(shù)器的延時PLC程序梯形圖 只要提供一個時鐘脈沖信號作為計數(shù)器的計數(shù)輸入信號，計數(shù)器就可以實現(xiàn)定時功能，時鐘脈沖信號的周期與計數(shù)器的設定值相乘就是定時時間。時鐘脈沖信號，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外部時鐘電路產(chǎn)生。如圖5-11所示為采用計數(shù)器實現(xiàn)延時的程序，由M8012產(chǎn)生周期為0.1

10、s時鐘脈沖信號。當啟動信號X15閉合時，M2得電并自鎖，M8012時鐘脈沖加到C0的計數(shù)輸入端。當C0累計到18000個脈沖時，計數(shù)器C0動作，C0常開觸點閉合，Y5線圈接通，Y5的觸點動作。從X15閉合到Y5動作的延時時間為18000×0.11800s。延時誤差和精度主要由時鐘脈沖信號的周期決定，要提高定時精度，就必須用周期更短的時鐘脈沖作為計數(shù)信號。  圖5-11  應用一個計數(shù)器的延時程序a）梯形圖      b）時序圖 SHAPE  * MERGEFORMAT 延時程序最大延時時間受計數(shù)

11、器的最大計數(shù)值和時鐘脈沖的周期限制，如圖5-11所示計數(shù)器C0的最大計數(shù)值為32767，所以最大延時時間為：32767×0.13276.7s。要增大延時時間，可以增大時鐘脈沖的周期，但這又使定時精度下降。為獲得更長時間的延時，同時又能保證定時精度，可采用兩級或多級計數(shù)器串級計數(shù)。如圖5-12所示為采用兩級計數(shù)器串級計數(shù)延時的一個例子。圖中由C0構成一個1800s（30min）的定時器，其常開觸點每隔30min閉合一個掃描周期。這是因為C0的復位輸入端并聯(lián)了一個C0常開觸點，當C0累計到18000個脈沖時，計數(shù)器C0動作，C0常開觸點閉合，C0復位，C0計數(shù)器動作一個掃描周期后又開始計

12、數(shù)，使C0輸出一個周期為30min、脈寬為一個掃描周期的時鐘脈沖。C0的另一個常開觸點作為C1的計數(shù)輸入，當C0常開觸點接通一次，C1輸入一個計數(shù)脈沖，當C1計數(shù)脈沖累計到10個時，計數(shù)器C1動作，C1常開觸點閉合，使Y5線圈接通，Y5觸點動作。從X15閉合，到Y5動作，其延時時間為18000×0.1×1018000s（5h）。計數(shù)器C0和C1串級后，最大的延時時間可達：32767×0.1×32767s29824.34 h1242.68天。 圖5-12  應用兩個計數(shù)器的延時程序西門子S7-200在多臺潛水泵自動控制系統(tǒng)的應用1 引言

13、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)過分離、沉淀等多級處理，使用污水潛水泵對此工業(yè)污水進行提升、匯集、調節(jié)等處理。PLC因其經(jīng)濟性、靈活性可靠性而得到廣泛的應用，PLC的軟件可以完成以往傳統(tǒng)的接觸器繼電器式控制無法實現(xiàn)的控制功能，而且程序的編制修改靈活方便。西門子S7-200系列PLC因結構緊湊，編程簡單方便、指令豐富、功能齊全而得到廣大工程技術人員的喜愛，廣泛應用于各種中小型自動控制系統(tǒng)之中。2 系統(tǒng)控制要求系統(tǒng)要求控制5臺45kW的潛水污水泵輪換工作，并且具有故障自投、互為備用功能，以保證某臺水泵出現(xiàn)故障時，其它水泵能及時投入使用。水泵的啟停液位控制器使用

14、浮球控制器5個，分為五級水位控制，每個浮球的高水位作為啟泵信號使用，低水位作為停泵信號使用。3 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計分為手動及自動控制系統(tǒng)兩部分，手動控制系統(tǒng)作為一種應急控制而存在，自動控制系統(tǒng)使用PLC實現(xiàn)。3.1 自動控制系統(tǒng)設計思路為實現(xiàn)多臺水泵的輪換啟停及故障自投功能，一個可行的設計方法是使用西門子S7-200系列微型PLC(CPU224)的入表指令(ATT)及先入先出指令(FIFO)，將5臺水泵作為一個隊列，當水泵運行或故障時出列，水泵故障排除或低水位停止時入列。例如，隊列中原來水泵的啟動工作順序為12345循環(huán)啟動，當3#泵故障時出列，水泵的啟動次序為1245循環(huán)啟動，當3#泵修復正常

15、后，水泵的工作次序為12453循環(huán)啟動，如此類推， 如圖1所示。因此，我們將正常無故障的水泵作為一個備用泵隊列，將正在運行的水泵作為運行泵隊列，通過隊列中水泵的出入來實現(xiàn)水泵電機的循環(huán)啟動功能。圖1 水泵的啟動次序3.2 軟件設計特點本控制系統(tǒng)中，5臺水泵的熱繼電器故障輸入及5個高水位信號輸入共10個輸入點，5個啟動水泵及一個報警輸出點共6個輸出點，西門子CPU224具有12個輸入點，10個輸出點，已滿足使用要求。(1) 啟動信號:1#5#高水位脈沖信號，共用信號，水泵啟動時代表水泵的隊列編號(1#5#)從備用泵隊列中出列，同時此編號入運行泵隊列。(2) 停止信號:1#5#低水位脈沖信號，共用

16、信號，此時水泵編號的轉移從運行泵隊列移至備用泵隊列l(wèi) 入列(入先進先出隊列):當高水位脈沖信號到達時，使用填表指令(ATT)入表;l 出列(出先進先出隊列):當?shù)退幻}沖信號到達時，使用先進先出指令(FIFO)出列。(3) 故障出列:包括水泵運行或停止時出現(xiàn)故障時的出列，故障泵自動退出運行，并把下一臺未運行的正常泵作為備用泵，隨時等待啟動信號。故障定義:空氣開關跳閘的輸出信號、電機熱繼電器過載。(4) PLC的程序設計流程圖圖2示出PLC程序流程圖。西門子PLC具有良好的編程界面，對于S7-200的編程軟件STEP7 Micro WIN，各子程序及主程序是在編寫時獨立分開的，各個子程序可以定義

17、為完成各種單獨功能的子程序，以主程序調用各個子程序，各子程序之間可以互為調用。在本系統(tǒng)設計中，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:隊列移位處理子程序; l SBR4:啟停泵處理子程序;l SBR5:定時輪換處理子程序。以1#泵出現(xiàn)故障為例，在SBR2子程序中，水泵故障及修復后出入隊列的部分程序如圖3，其中，參數(shù)IN1傳遞的為水泵備用隊列編號，參數(shù)IN2傳遞的為水泵運行隊列編號。 圖3 子程序SBR2(5) 軟件編寫時應該考慮的問題l 為防止水面波動引起浮球誤動作，增加延時2s判斷;l 浮球故障引起的上下水位信號中有兩個或以上信號同時或短時間內(nèi)接通，此時只接收一個信號，同時由PLC輸出