可编程控制器监控系统在水厂送水泵房的建立

1、可编程控制器监控系统在水厂送水泵房的建立一、引言目前，我公司已有一水厂、五水厂两个水厂和长大集团第八水厂的 DCS系统相继实施竣工，使水厂生产和管理的自动化水平大大提高，本文就构成系统的一个子站送水泵站，谈一谈可编程控制器监控系统在该站点的建立。送水泵站是水处理工艺的最后一道工序，清水经过它升压后直接输送给用户，所以，怎样应用现代科学控制技术，改善和提高送水泵站的自动化水平，研制出先进的可编程控制器监控系统，保障城市供水是我们的主要任务。二、系统组成送水泵站的主要控制设备为高压电机和出水阀门及改进后安装的排气电磁阀。可编程控制器通过对微机保护系统柜、高压柜、阀门控制台等设备和相关仪表输出的各种

2、信号、参数 (如：电流、电压、出厂水流量、余氯、浊度、水压、水位等)进行实时采集、分析、处理，再输出给控制对象，利用PC机，通过WINCC组态软件，做成一个非常友好、生动鲜明的界面，方便地监视本站点的生产工况并对设备进行控制。现场总线PRO-FIBUS把本站点的PLC和PC电脑与其他站点、中控室、厂长室等连接起来构成一个工控网络。三、系统功能· 通过计算机对生产设备进行操作，对工艺过程进行监控，具备手动、单控、联控、全自动控制功能；· 能够实时地远程采集生产设备的状况信息， ( 如手动、自动、运行、故障等 ) ，以及水处理工艺参数 ( 如流量、压力、余氯、浊度、水位等 )

3、；· 对多种信息、参数进行计算、分析、处理，设置超限报警，上传等，并形成随时间变化的曲线；· 各功能模块的点数留有 10% 的余量供备用，必要时可方便地进行系统扩展；· 具有网络功能的监控计算机、可编程控制器与各个子站之间，采用 PROFIBUS 工业现场总线联网通讯，可进行有限的子站画面相互切换。· 能与微机继电保护系统通讯，取得各种电运行参数供系统使用。四、硬件设计1.PLC模块选取 根据监控要求，该站选用了西门子SI-MATICS7300PLC，其模板配置如图：ABCDDDEFFA ：电源模块 PS307B ：中央处理器模块 CPU315-2DPC

4、 ：通讯模块 CP343-5D ：数字量输入模块 SM321E ：数字量输出模块 SM322F ：模拟量模块 SM3312. 本站点控制柜 (PLC 柜 ) 设计考虑到泵站的具体工作环境和控制应用对象的重要性等因素，对电源回路加装了电源净化器件，由于 PLC本身电源容量小，只有几十毫安至几百毫安，故外加了一个开关电源，以满足中间继电器、电磁阀、仪表的电容量需求，对PLC采集的每个数字量信号，在电路上尽可能不与现场生产设备发生直接关系，采取隔离措施构成单一回路，既保证了本系统的安全，也保障了现场生产设备的安全 。五、系统软件设计系统应用软件有三套需自行编制开发，他们分别是：1.监控应用软件它是用

5、 SIMATICWINCC组态软件进行编制的，它的设计思想是视窗控制中心，建立在标准个人计算机硬件及Windows98或Windows NT操作系统下，编制了一个充满了吸引力的适合于生产工艺过程的流程画面。2.下位机软件采用 SIMACSTEP7工具软件进行编程，它可运行在个人计算机Windows环境下，界面友好，并提供了强劲的编程、调试、诊断等功能。使用结构化功能块编程方法，编程语言采用了梯形图(LadderDiagram)和语言表(STL)两种语言相结合的方法，将各种功能进行模块化，这样使程序结构层次清晰，且有部分程序可通用化、标准化以利修改调试。3.本系统计算机与微机继电保护计算机的通讯

6、软件考虑到本系统的监控设计与要求，必须与微机继电保护系统进行数据交换，以确保系统功能的完善及正常运行，该软件采用 Windows操作系统下的进行编程。六、结束语实践证明，水厂送水泵房可编程控制监控系统的建立，使管理者可以方便地掌握生产现场的实时信息，历史数据，机泵的多项运行参数，为各级领导指挥决策、优化调度和水厂运行管理，设备维护提供服务，有效地提高了水泵机组的自保护功能，严格规范了设备操作堆积，杜绝了误操作事故，确保设备在安全、经济的状态下运行，得到了用户的好评。断电延时动作的PLC程序梯形图大多数PLC的定时器均为接通延时定时器，即定时器线圈通电后开始延时，待定时时间到，定时器的常开触点闭

7、合、常闭触点断开。在定时器线圈断电时，定时器的触点立刻复位。如图5-9所示为断开延时程序的梯形图和动作时序图。当X13接通时，M0线圈接通并自锁，Y3线圈通电，这时T13由于X13常闭触点断开而没有接通定时；当X13断开时，X13的常闭触点恢复闭合，T13线圈得电，开始定时。经过10s延时后，T13常闭触点断开，使M0复位，Y3线圈断电，从而实现从输入信号X13断开，经10s延时后，输出信号Y3才断开的延时功能。 图5-9  断电延时动作的程序a）梯形图      b）时序图多个定时器组合的延时程序的PLC梯形图一般PLC的

8、一个定时器的延时时间都较短，如FX系列PLC中一个0.1s定时器的定时范围为0.13276.7s，如果需要延时时间更长的定时器，可采用多个定时器串级使用来实现长时间延时。定时器串级使用时，其总的定时时间为各定时器定时时间之和。如图5-10所示为定时时间为1h的梯形图及时序图，辅助继电器M1用于定时启停控制，采用两个0.1s定时器T14和T15串级使用。当T14开始定时后，经1800s延时，T14的常开触点闭合，使T15再开始定时，又经1800s的延时，T15的常开触点闭合，Y4线圈接通。从X14接通，到Y4输出，其延时时间为1800s+1800s=3600s=1h。  图5

9、-10  用定时器串级的长延时程序a）梯形图      b）时序图 SHAPE  * MERGEFORMAT应用计数器的延时PLC程序梯形图 只要提供一个时钟脉冲信号作为计数器的计数输入信号，计数器就可以实现定时功能，时钟脉冲信号的周期与计数器的设定值相乘就是定时时间。时钟脉冲信号，可以由PLC内部特殊继电器产生（如FX系列PLC的M8011、M8012、M8013和M8014等），也可以由连续脉冲发生程序产生，还可以由PLC外部时钟电路产生。如图5-11所示为采用计数器实现延时的程序，由M8012产生周期为0.1

10、s时钟脉冲信号。当启动信号X15闭合时，M2得电并自锁，M8012时钟脉冲加到C0的计数输入端。当C0累计到18000个脉冲时，计数器C0动作，C0常开触点闭合，Y5线圈接通，Y5的触点动作。从X15闭合到Y5动作的延时时间为18000×0.11800s。延时误差和精度主要由时钟脉冲信号的周期决定，要提高定时精度，就必须用周期更短的时钟脉冲作为计数信号。  图5-11  应用一个计数器的延时程序a）梯形图      b）时序图 SHAPE  * MERGEFORMAT 延时程序最大延时时间受计数

11、器的最大计数值和时钟脉冲的周期限制，如图5-11所示计数器C0的最大计数值为32767，所以最大延时时间为：32767×0.13276.7s。要增大延时时间，可以增大时钟脉冲的周期，但这又使定时精度下降。为获得更长时间的延时，同时又能保证定时精度，可采用两级或多级计数器串级计数。如图5-12所示为采用两级计数器串级计数延时的一个例子。图中由C0构成一个1800s（30min）的定时器，其常开触点每隔30min闭合一个扫描周期。这是因为C0的复位输入端并联了一个C0常开触点，当C0累计到18000个脉冲时，计数器C0动作，C0常开触点闭合，C0复位，C0计数器动作一个扫描周期后又开始计

12、数，使C0输出一个周期为30min、脉宽为一个扫描周期的时钟脉冲。C0的另一个常开触点作为C1的计数输入，当C0常开触点接通一次，C1输入一个计数脉冲，当C1计数脉冲累计到10个时，计数器C1动作，C1常开触点闭合，使Y5线圈接通，Y5触点动作。从X15闭合，到Y5动作，其延时时间为18000×0.1×1018000s（5h）。计数器C0和C1串级后，最大的延时时间可达：32767×0.1×32767s29824.34 h1242.68天。 图5-12  应用两个计数器的延时程序西门子S7-200在多台潜水泵自动控制系统的应用1 引言

13、化工厂、电子厂的漂染冲洗液或电镀冲洗液等工业废水为合乎排放要求，必须经过分离、沉淀等多级处理，使用污水潜水泵对此工业污水进行提升、汇集、调节等处理。PLC因其经济性、灵活性可靠性而得到广泛的应用，PLC的软件可以完成以往传统的接触器继电器式控制无法实现的控制功能，而且程序的编制修改灵活方便。西门子S7-200系列PLC因结构紧凑，编程简单方便、指令丰富、功能齐全而得到广大工程技术人员的喜爱，广泛应用于各种中小型自动控制系统之中。2 系统控制要求系统要求控制5台45kW的潜水污水泵轮换工作，并且具有故障自投、互为备用功能，以保证某台水泵出现故障时，其它水泵能及时投入使用。水泵的启停液位控制器使用

14、浮球控制器5个，分为五级水位控制，每个浮球的高水位作为启泵信号使用，低水位作为停泵信号使用。3 系统设计系统设计分为手动及自动控制系统两部分，手动控制系统作为一种应急控制而存在，自动控制系统使用PLC实现。3.1 自动控制系统设计思路为实现多台水泵的轮换启停及故障自投功能，一个可行的设计方法是使用西门子S7-200系列微型PLC(CPU224)的入表指令(ATT)及先入先出指令(FIFO)，将5台水泵作为一个队列，当水泵运行或故障时出列，水泵故障排除或低水位停止时入列。例如，队列中原来水泵的启动工作顺序为12345循环启动，当3#泵故障时出列，水泵的启动次序为1245循环启动，当3#泵修复正常

15、后，水泵的工作次序为12453循环启动，如此类推， 如图1所示。因此，我们将正常无故障的水泵作为一个备用泵队列，将正在运行的水泵作为运行泵队列，通过队列中水泵的出入来实现水泵电机的循环启动功能。图1 水泵的启动次序3.2 软件设计特点本控制系统中，5台水泵的热继电器故障输入及5个高水位信号输入共10个输入点，5个启动水泵及一个报警输出点共6个输出点，西门子CPU224具有12个输入点，10个输出点，已满足使用要求。(1) 启动信号:1#5#高水位脉冲信号，共用信号，水泵启动时代表水泵的队列编号(1#5#)从备用泵队列中出列，同时此编号入运行泵队列。(2) 停止信号:1#5#低水位脉冲信号，共用

16、信号，此时水泵编号的转移从运行泵队列移至备用泵队列l 入列(入先进先出队列):当高水位脉冲信号到达时，使用填表指令(ATT)入表;l 出列(出先进先出队列):当低水位脉冲信号到达时，使用先进先出指令(FIFO)出列。(3) 故障出列:包括水泵运行或停止时出现故障时的出列，故障泵自动退出运行，并把下一台未运行的正常泵作为备用泵，随时等待启动信号。故障定义:空气开关跳闸的输出信号、电机热继电器过载。(4) PLC的程序设计流程图图2示出PLC程序流程图。西门子PLC具有良好的编程界面，对于S7-200的编程软件STEP7 Micro WIN，各子程序及主程序是在编写时独立分开的，各个子程序可以定义

17、为完成各种单独功能的子程序，以主程序调用各个子程序，各子程序之间可以互为调用。在本系统设计中，各子程序的功能定义及分配如下: l SBR0:初始化子程序;l SBR1:备用泵初始入列处理子程序;l SBR2:故障出入列处理子程序; l SBR3:队列移位处理子程序; l SBR4:启停泵处理子程序;l SBR5:定时轮换处理子程序。以1#泵出现故障为例，在SBR2子程序中，水泵故障及修复后出入队列的部分程序如图3，其中，参数IN1传递的为水泵备用队列编号，参数IN2传递的为水泵运行队列编号。 图3 子程序SBR2(5) 软件编写时应该考虑的问题l 为防止水面波动引起浮球误动作，增加延时2s判断;l 浮球故障引起的上下水位信号中有两个或以上信号同时或短时间内接通，此时只接收一个信号，同时由PLC输出