PLC在入塘泵站监控系统中的应用

    摘要：为提高泵站的综合自动化管理水平，入塘泵站进行了计算机监控系统改造，其中下位机部分通过PLC控制来实现。着重阐述了PLC控制的实现过程，装置的硬件简介，泵站PLC采集的主要信息，对提高泵站自动化运行的可靠性和稳定性十分有效，在泵站进行自动化改造时值得借鉴和参考。
 

    关键词：PLC,入塘泵站,监控系统,应用,水文监测设备论文
 

    0　引言

    随着计算机工业控制技术的不断发展，计算机监控技术日趋完善，PLC（程序逻辑控制）工业控制系统为各式各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，其主要原因在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案。基于泵站的自动控制及其逻辑顺序控制的特殊性，20世纪90年代初期PLC开始在电力泵站中逐渐使用[1]。

    入塘泵站始建于1983年，是天津市引滦入津工程明渠输水系统的一座重要提水泵站，担负着塘沽区工业及人民的生活供水任务。入塘泵站设计扬程39m，24万m3/d，安装6台24SAP-10J离心泵，总装机容量2400kW，配6台400kW异步电动机。

    入塘泵站早期的机组控制系统完全采用电磁继电器方式，安全性和稳定性低，抗干扰能力差，设备、事故故障率高[2]；辅机系统的真空系统、机旁箱，以及排风、蝶阀控制、排水、直流等系统完全采用人工操作；主控室操作台的设备大部分已经弃用，已经失去控制台的作用。2006～2007年初，入塘泵站完成了6台机组及公用系统的计算机监控系统安装调试。入塘泵站计算机控制系统采用了德国的主机及配套现地单元、通讯系统，明显提高了泵站综合自动化管理水平。其中，计算机监控系统的下位机部分通过PLC控制来实现，PLC控制在计算机监控系统中起到至关重要的作用。

    1　PLC控制的特点[3]

    1）PLC采用微电脑技术（大规模集成电路）取代以往靠硬导线布线的逻辑控制器，具有成本低，功耗、体积小，重量轻等特点；

    2）接口简单快捷、工作量小、适应环境能力强、故障率低、可靠性好、抗电器干扰能力强，维护方便；

    3）PLC采用扫描式的工作方式，特别适合于逻辑控制要求较高的顺序控制。

    2　PLC控制在入塘泵站的实现过程

    顺序控制是指生产设备及过程，根据工艺要求按照逻辑运算、顺序操作、定时和计数等规则通过预先编制的程序，在现场输入信号（包括开关量、模拟量）的作用下，执行机构按预定程序动作，实现以开关量为主的自动控制[4]。入塘泵站PLC的设计安装就是根据这一原则来实现的。其输入主要是靠按钮、行程开关、限位开关、动断触点等开关量为主的控制信号；输出为继电器、电磁阀等驱动元件。传统的顺序控制是由继电器控制屏来实现的，由于设备体积大，功耗高，动作速度缓慢，接线复杂，通用性灵活性差，维护工作量大，故障率高，可靠性差，且没有计算和存储功能[5]。

    入塘泵站机组设备状态量的读取收集，采用I/O点直接采集与经通讯采集高压电路的遥测、遥信的方式来实现。对于主开机、停机的控制采用通讯的方式给高压开关综合保护系统遥控信号来实现；中间逻辑过程则通过编程实现。

    2.1　入塘泵站机组的顺序控制

    入塘泵站的自动操作包括水泵机组、机组辅助设备的调整和对全泵站的公用设备进行的自动化控制，这类控制在自动控制范畴内属于顺序控制系统，每个顺序控制都按照生产流程的要求及生产设备的特点设定[6]。顺序控制如图1所示。

    2.2　操作对象的操作

    2.2.1　机组自动操作

    要求以1个脉冲自动按预定的顺序完成操作，包括机组的自动开机和停机流程等，其操作对象包括主机及辅机设备[7]。

    辅机设备，排水泵控制操作独立完成，只要程序扫描到积水池水位达到设定水位则自动发出开机信号，排水泵启动排水。真空泵与主机开机系统联动，只要操作站发出开主机命令，且开机条件满足则控制系统首先开启真空泵，在开机结束后，系统给出停止命令则真空泵停机。

    主机设备（高压开关的控制），当程序扫描到操作人员发出的开机命令后，系统判断辅机状态、蝶阀状态、小车位置、开关状态等条件，如果满足条件，系统启动真空泵，待真空形成后系统发出合高压开关命令并经过一定的延时发出开蝶阀的命令，并停真空泵。开机完成。

    2.2.2　公用设备的操作

    公用设备包括直流、高压、低压、真空、给水和排水、换风、室内降温及通信等系统[8]。控制系统对部分设备只进行监视、遥测其状态，不对其控制（如直流、低压系统）；对部分设备控制系统在每个扫描周期内对其单独控制（如排水、换风降温系统）；对部分设备控制与开停主机一起进行控制（如真空、高压、通讯等系统）。

    2.2.3　全泵站性的操作

    全泵站性的操作包括通讯系统、机组开关、电容器开关、刀闸设备等操作[9]。

    对以上这些自动操作的总体要求是运行安全可靠、维护方便、清晰明了、经济合理。

    3　入塘泵站PLC的配置

    入塘泵站现地控制层由4套LCU组成，每套LCU的PLC采用ModiconTSXPremium57系列产品，系统配置为双机热备。其中2～4#工作站分别负责6台水泵机组的信号采集及命令输出，1#工作站负责辅机系统的信号采集及命令输出。LCU与工作站直接通过通讯模块以PROFIBUS-DP总线进行通讯。CPU与上位机则应用以太网通讯。网络通讯采用高性能的交换机，LCU和工作站之间用光纤连接，抗干扰能力强。

    一套完整的PLC主要由电源、CPU、开入/开出I/O（模拟量输入）、A/O模拟量输入、通讯等5个模块构成。其中电源模块向PLC提供直流24V工作电源；CPU是微型处理器（PLC的核心部位）；I/O模块是指外围回路向PLC输入高电平（或低电平）和PLC向外围回路输出高电平（或低电平）；A/O模块是将外围设备输入的电信号转换成数字信号，以供PLC进行计算、判断、比较和传输；通讯模块通过以太网与上位机工作站进行通讯。PLC基本模块如图2所示。

    4入塘泵站PLC采集的主要信息

    系统的I/O信号，按LCU归类，数据类型主要为开关量和模拟量，主要列出以下信号：

    1～6#机组模拟量输入：供水压力、线圈温度、铁心温度、承温度，蝶阀开度、流量。

    1～6#机组开关量输入：阀门开闭，电磁阀开闭，真空开关位置，开关合分，真空开关、排水开关、真空完成，风机正常。

    1～6#机组开关量输出：合主开关，跳主开关，真空电磁阀开、关，排水泵开关，真空泵开关，风机开关，电动蝶阀开关。

    公共（辅机）模拟量输入：前池水位，电机柜电压、电流，低压柜电压、电流，真空装置真空度。

    6kV系统数据：定子电压、电流，有功功率，无功功率，功率因素，手车工作、试验位置，断路器合闸、分闸位置，有功电度，I段、II段母线电流，电机保护（过流、过压、过负荷、励磁消失等保护），6kV线路保护（速断、过流和过负荷保护），定值输入。

    5　结语

    入塘泵站自动化改造，采用了PLC控制，不仅提高了设备监控的可靠性，而且对设备的检修维护都十分方便快捷，无需将机组及附属设备退出运行即可解决，大大提高了工作效率，明显提高了泵站的综合自动化管理水平。

    参考文献：

    [1]张凤珊.电器控制及可编程序控制器[M].北京：中国轻工业出版社，1999.

    [2]李坚.变电运行及生产管理技术问答[M].北京：中国电力出版社，2008:88-120.

    [3]储云峰.施耐德电气可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2007:110-189.

    [4]浙江大学华北水利电力学院.电工学及电气设备[M].北京：水利出版社，1980:25-112.

    [5]张仁田，张平易.泵试验理论及方法[M].江苏工学院排灌机械研究所，1981:94-123.

    [6]严煦世，范瑾初.给水工程[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，1999:10-15.

    [7]哈尔滨建筑工程学院.排水工程[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，1999:150-172.

    [8]陈道舜.电机学[M].北京：水利电力出版社，1987:5-15.

    [9]丘传忻.泵站工程[M].武汉：武汉大学出版社，2001:1999.

    [10]沙毅，闻建龙.泵与风机[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2005:80-132.