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摘 要介绍可编程逻辑控制器(PLC)在城市排水泵站自动控制系统中的应用。PLC具有控制能力强、工作可靠、编程简单、操作灵活、便于维护、稳定性好、抗干扰性强等特点。以PLC作为泵站系统的监视控制和数据采集,可以提高泵站系统的自动化控制水平,降低操作人员的劳动强度,保证泵站自动化系统的安全运行。
关键词泵站;自动控制;系统;应用
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)102-0095-01
南通靠江临海,每年的防汛工作责任重大,同时随着经济的不断发展和城市人口的逐步增加,城市工业污水和生活污水的排放量也隨之逐年增加,所以,雨季及台风季节防汛和日常排水任务十分繁重。而且排水泵站一般分布较为广泛,站点也较分散,1993年以前绝大多数泵站基本上还是采取人工测报水位、流量等运行参数和人工开停机等相对落后的方式进行运行和管理,使得排水调度管理工作比较被动。随着科学技术朝着网络化、信息化方向的不断发展,这种落后的运行管理方式越来越不能适应社会和科学技术发展的需要。因此,为了在城市防汛指挥和日常排水调度管理工作过程中能及时、准确、可靠地掌握水情、雨情和工情信息,科学、及时、准确地调度泵站设施,减少和避免水涝灾害,确保城市安全度汛和保障人们正常的生活、工作秩序,建设完整的城市排水泵站自动化系统,加快实现城市排水泵站的自动化运行对提高我们市政设施的管理水平,节约成本和有效利用资源都有深远的意义。
1泵站自动化系统构成
1.1泵站控制系统
泵站控制系统(泵站液位监测系统)主要由下位机(现场PLC)系统、上位机(工况监控计算机)系统、网络通讯系统等构成:
下位机通过采集仪表系统的测量参数、各工艺设备的状态参数和接受上位机和调度控制中心的控制命令,根据编制的泵站控制程序,来实现对各工艺设备的自动控制和远程遥控,将各信号上传至泵站自动化分控室和处调度中心数据库中。
上位机(工况监控计算机)可接收下位机传送上来的各仪表测量信号和设备状态信号及操作员的控制命令,通过设定的程序运行,向下位机发送各控制命令。
网络系统将各泵站的下位机(PLC系统),上位机(工况监控计算机),处调度中心、分控室数据处理系统连接起来;下位机可以通过该泵站内的交换机与上位机传送信号,同时上位机通过交换机向下位机发送控制命令等,实现中心数据全范围联网。
1.2仪表系统
泵站内的仪表系统主要由水池内的液位检测仪表、泵机运行电流检测仪表、配电系统中的各电量参数检测仪表等构成:
水池内的液位检测仪表主要用于检测水池内的液位,该液位是整个泵站中最关键的工艺参数,直接关系到泵站的安全运行。水池内的液位检测一旦出现错误和故障,则会出现极其严重的事故,所以该参数的检测必须采用稳定、可靠的仪表。
泵机运行电流检测仪表主要用于检测泵机的运行电流,借助该参数可以判断出潜水泵运行是否正常等情况,该参数测量也要求准确、可靠。
配电系统检测仪表主要用于对泵站系统内的电力参数测量,能对泵站进行能耗分析、运行效率衡量的一个重要依据,也是关系到泵站正常运行的一个重要参数,该参数测量要求准确。
1.3系统控制方式
根据泵站系统的工艺运行需求,泵站控制系统的控制方式主要有现场手动、全自动控制、远程控制等三种方式,具体地说就是现场硬手动控制、PLC全自动、上位机远程操作等控制方式:
1)现场硬手动控制。操作员可以在泵站现场通过操作现场控制柜(就地控制箱)上的按钮或开关来实现对泵站内工艺设备的控制。
2)PLC全自动控制。当现场设备选用“自动”进入PLC控制状态,当选择“全自动控制”模式时,PLC根据设定的程序进行全自动运行,控制各工艺设备。泵站PLC系统设有故障报警系统,可提示值班人员进行故障排查,故障解除后可复位解警,在故障报警未复位前,相应故障设备将无法启动。
3)上位机远程操作。操作人员可通过点击上位机(工况监控计算机)上的按钮来实现对泵站内工艺设备的远程控制。
2PLC现场控制系统
2.1PLC控制系统介绍
PLC控制系统选用ROCKWELL公司生产的COMPACTLOGIX系列PLC系统。PLC采用框架式结构,处理器结构简单、功能强大,易扩展的输入输出模块和种类丰富的第三方模块,为不同工业场合提供同样稳定可靠的平台。新款增强的通讯能力,使可CompactLogix系列处理器均能提供数据采集监控系统中的主控功能。包括间接寻址、高级运算功能和计算指令。
2.2PLC系统自动控制方案
泵站采用PLC(可编程控制器)对泵站排水工艺过程的工艺和动力设备的控制参数进行检测、自动控制和联锁,并可通过上位机软件,实现泵站工艺过程的工艺流程画面、工艺参数的实时数据和动力设备的运行状态显示、自动控制系统的控制参数设定修改、远程遥控、超限报警、数据储存、班/月/年运行报表及故障报表的显示和打印等。 主要控制方案说明如下:
1)潜水泵控制。泵站在出水池安装潜水泵,实现泵机的排水功能,在出水池安装液位计和液位浮球保护开关(防止液位计故障时泵站溢水与潜水泵无水空转)实现水泵按设定液位自动启停,并自动优化各泵的运行时间,使各泵的运行时间基本相同,延长泵机的使用寿命,其控制方案如下:
潜水泵按设定液位控制:当出水池水位达到排水液位(可按照需要设定)时,按泵机运行的排序程序自动启动第一台泵,如水位仍继续上升则按排序程序再自动启动第二台泵,依此类推直至全部泵开启。若出水池水位下降至停泵液位时(可按照需要设定),按排序程序自动停一台泵,如水位仍继续下降则按排序程序再自动停第二台泵,依此类推,直至全部泵停止运行。
潜水泵排序控制:潜水泵的运行进行优化设计控制,即运行台数和运行时间按优化顺序控制,使每台泵的运行时间和运行时间间隔保持接近,延长泵机的使用寿命。潜水泵运行时,PLC自动累积各泵运行时间并进行排序,运行时间短的泵排序在先,运行时间长的泵排序在后。当出水池水位升高需增加水泵运行台数,按排序降序顺序启动运行时间少的潜水泵;当水位减少需减少水泵运行台数,按排序升序顺序关闭运行时间长的水泵,这样就可使得各泵的运行时间和运行时间间隔保持接近。当有潜水泵出现故障时自动停泵和报警,并自动将该故障泵从排序队列中剔除,然后按排序程序自动启动下一台泵。另外,各潜水泵可上位机遥控和现场开启。
2)其他设备的控制。启闭机,用于控制泵站的进水,防止发生污水溢出。启闭机在特殊情况下(如进水量过大泵站将被淹或溢水时等),能按照水池液位的高低限(可按照需要进行设定)自动启停,并报警。出现故障时,根据启闭机故障信号立即自动停止该启闭机运行并报警。上位机CRT上有运行状态显示,故障时有声光报警。各启闭机可上位机遥控和现场开启。
格栅机,用于清除污水中的杂物,有效保护水泵。泵站格栅机通常由清栅耙斗、螺旋输送机、压榨机组成,控制方式采用将格栅机的清栅耙斗、螺旋输送机、压榨机相互联动。当格栅机清栅耙斗需要启动时,先启动压榨机,延时一定时间(时间可调)后螺旋输送机自动启动, 螺旋输送机运行后延时一定时间(时间可调)清栅耙斗自动启动; 当清栅耙斗需停机时,先关闭清栅耙斗,延时一定时间(时间可调)后螺旋输送机自动关闭,然后再延时一定时间(时间可调)后压榨机自动关闭。格栅机操作方式为现场手动、上位机遥控、按时间间隔自动启停和根据液位差(如有检测)上下限值联锁自动启停。
2.3泵站自动化系统结构图(如图1所示)
3结束语
本泵站自动化系统结构灵活、可靠性高,采用一系列成熟技术实现了对泵站设备运行状态的实时监控,可以将泵站设备运行的数据全面、实时传送到服务器及上位机。自系统投入运行后,大大提高了工作效率,也减少了维护成本。使日常排水调度管理工作能及时、准确、可靠地掌握水情信息,科学、及时、准确地调度泵站设施。在南通市市政设施管理处排水泵站自动化一期工程实施后,可逐步将南通市所有泵站进行自动化集成,能够实现对全市排水系统所有泵站运行过程中的水位、流量、泵站设备运行等数据的自动采集、网络传输、存储、统计汇总和就地/远程实时控制,迅速地为市政设施管理部门提供准确、可靠的决策依据,使排水管理、污水截流控制、汛期排涝控制走向定量化、信息化、自动化、网络化、科学化和实时化,从而提高城市排水调度管理的水平,减少和避免水涝灾害,确保城市安全度汛和保障人们正常的生活、工作秩序。
参考文献
[1]郭宗仁,等.可编程序控制器及其通信网络技术.北京:人民邮电出版社,1995.
[2]张乃尧,阎平凡,等.神经网络与模糊控制.北京:清华大学出版社,1998.
[3]张用.继电器电路逻辑设计.天津:科学技术出版社,1981.
关键词泵站;自动控制;系统;应用
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)102-0095-01
南通靠江临海,每年的防汛工作责任重大,同时随着经济的不断发展和城市人口的逐步增加,城市工业污水和生活污水的排放量也隨之逐年增加,所以,雨季及台风季节防汛和日常排水任务十分繁重。而且排水泵站一般分布较为广泛,站点也较分散,1993年以前绝大多数泵站基本上还是采取人工测报水位、流量等运行参数和人工开停机等相对落后的方式进行运行和管理,使得排水调度管理工作比较被动。随着科学技术朝着网络化、信息化方向的不断发展,这种落后的运行管理方式越来越不能适应社会和科学技术发展的需要。因此,为了在城市防汛指挥和日常排水调度管理工作过程中能及时、准确、可靠地掌握水情、雨情和工情信息,科学、及时、准确地调度泵站设施,减少和避免水涝灾害,确保城市安全度汛和保障人们正常的生活、工作秩序,建设完整的城市排水泵站自动化系统,加快实现城市排水泵站的自动化运行对提高我们市政设施的管理水平,节约成本和有效利用资源都有深远的意义。
1泵站自动化系统构成
1.1泵站控制系统
泵站控制系统(泵站液位监测系统)主要由下位机(现场PLC)系统、上位机(工况监控计算机)系统、网络通讯系统等构成:
下位机通过采集仪表系统的测量参数、各工艺设备的状态参数和接受上位机和调度控制中心的控制命令,根据编制的泵站控制程序,来实现对各工艺设备的自动控制和远程遥控,将各信号上传至泵站自动化分控室和处调度中心数据库中。
上位机(工况监控计算机)可接收下位机传送上来的各仪表测量信号和设备状态信号及操作员的控制命令,通过设定的程序运行,向下位机发送各控制命令。
网络系统将各泵站的下位机(PLC系统),上位机(工况监控计算机),处调度中心、分控室数据处理系统连接起来;下位机可以通过该泵站内的交换机与上位机传送信号,同时上位机通过交换机向下位机发送控制命令等,实现中心数据全范围联网。
1.2仪表系统
泵站内的仪表系统主要由水池内的液位检测仪表、泵机运行电流检测仪表、配电系统中的各电量参数检测仪表等构成:
水池内的液位检测仪表主要用于检测水池内的液位,该液位是整个泵站中最关键的工艺参数,直接关系到泵站的安全运行。水池内的液位检测一旦出现错误和故障,则会出现极其严重的事故,所以该参数的检测必须采用稳定、可靠的仪表。
泵机运行电流检测仪表主要用于检测泵机的运行电流,借助该参数可以判断出潜水泵运行是否正常等情况,该参数测量也要求准确、可靠。
配电系统检测仪表主要用于对泵站系统内的电力参数测量,能对泵站进行能耗分析、运行效率衡量的一个重要依据,也是关系到泵站正常运行的一个重要参数,该参数测量要求准确。
1.3系统控制方式
根据泵站系统的工艺运行需求,泵站控制系统的控制方式主要有现场手动、全自动控制、远程控制等三种方式,具体地说就是现场硬手动控制、PLC全自动、上位机远程操作等控制方式:
1)现场硬手动控制。操作员可以在泵站现场通过操作现场控制柜(就地控制箱)上的按钮或开关来实现对泵站内工艺设备的控制。
2)PLC全自动控制。当现场设备选用“自动”进入PLC控制状态,当选择“全自动控制”模式时,PLC根据设定的程序进行全自动运行,控制各工艺设备。泵站PLC系统设有故障报警系统,可提示值班人员进行故障排查,故障解除后可复位解警,在故障报警未复位前,相应故障设备将无法启动。
3)上位机远程操作。操作人员可通过点击上位机(工况监控计算机)上的按钮来实现对泵站内工艺设备的远程控制。
2PLC现场控制系统
2.1PLC控制系统介绍
PLC控制系统选用ROCKWELL公司生产的COMPACTLOGIX系列PLC系统。PLC采用框架式结构,处理器结构简单、功能强大,易扩展的输入输出模块和种类丰富的第三方模块,为不同工业场合提供同样稳定可靠的平台。新款增强的通讯能力,使可CompactLogix系列处理器均能提供数据采集监控系统中的主控功能。包括间接寻址、高级运算功能和计算指令。
2.2PLC系统自动控制方案
泵站采用PLC(可编程控制器)对泵站排水工艺过程的工艺和动力设备的控制参数进行检测、自动控制和联锁,并可通过上位机软件,实现泵站工艺过程的工艺流程画面、工艺参数的实时数据和动力设备的运行状态显示、自动控制系统的控制参数设定修改、远程遥控、超限报警、数据储存、班/月/年运行报表及故障报表的显示和打印等。 主要控制方案说明如下:
1)潜水泵控制。泵站在出水池安装潜水泵,实现泵机的排水功能,在出水池安装液位计和液位浮球保护开关(防止液位计故障时泵站溢水与潜水泵无水空转)实现水泵按设定液位自动启停,并自动优化各泵的运行时间,使各泵的运行时间基本相同,延长泵机的使用寿命,其控制方案如下:
潜水泵按设定液位控制:当出水池水位达到排水液位(可按照需要设定)时,按泵机运行的排序程序自动启动第一台泵,如水位仍继续上升则按排序程序再自动启动第二台泵,依此类推直至全部泵开启。若出水池水位下降至停泵液位时(可按照需要设定),按排序程序自动停一台泵,如水位仍继续下降则按排序程序再自动停第二台泵,依此类推,直至全部泵停止运行。
潜水泵排序控制:潜水泵的运行进行优化设计控制,即运行台数和运行时间按优化顺序控制,使每台泵的运行时间和运行时间间隔保持接近,延长泵机的使用寿命。潜水泵运行时,PLC自动累积各泵运行时间并进行排序,运行时间短的泵排序在先,运行时间长的泵排序在后。当出水池水位升高需增加水泵运行台数,按排序降序顺序启动运行时间少的潜水泵;当水位减少需减少水泵运行台数,按排序升序顺序关闭运行时间长的水泵,这样就可使得各泵的运行时间和运行时间间隔保持接近。当有潜水泵出现故障时自动停泵和报警,并自动将该故障泵从排序队列中剔除,然后按排序程序自动启动下一台泵。另外,各潜水泵可上位机遥控和现场开启。
2)其他设备的控制。启闭机,用于控制泵站的进水,防止发生污水溢出。启闭机在特殊情况下(如进水量过大泵站将被淹或溢水时等),能按照水池液位的高低限(可按照需要进行设定)自动启停,并报警。出现故障时,根据启闭机故障信号立即自动停止该启闭机运行并报警。上位机CRT上有运行状态显示,故障时有声光报警。各启闭机可上位机遥控和现场开启。
格栅机,用于清除污水中的杂物,有效保护水泵。泵站格栅机通常由清栅耙斗、螺旋输送机、压榨机组成,控制方式采用将格栅机的清栅耙斗、螺旋输送机、压榨机相互联动。当格栅机清栅耙斗需要启动时,先启动压榨机,延时一定时间(时间可调)后螺旋输送机自动启动, 螺旋输送机运行后延时一定时间(时间可调)清栅耙斗自动启动; 当清栅耙斗需停机时,先关闭清栅耙斗,延时一定时间(时间可调)后螺旋输送机自动关闭,然后再延时一定时间(时间可调)后压榨机自动关闭。格栅机操作方式为现场手动、上位机遥控、按时间间隔自动启停和根据液位差(如有检测)上下限值联锁自动启停。
2.3泵站自动化系统结构图(如图1所示)
3结束语
本泵站自动化系统结构灵活、可靠性高,采用一系列成熟技术实现了对泵站设备运行状态的实时监控,可以将泵站设备运行的数据全面、实时传送到服务器及上位机。自系统投入运行后,大大提高了工作效率,也减少了维护成本。使日常排水调度管理工作能及时、准确、可靠地掌握水情信息,科学、及时、准确地调度泵站设施。在南通市市政设施管理处排水泵站自动化一期工程实施后,可逐步将南通市所有泵站进行自动化集成,能够实现对全市排水系统所有泵站运行过程中的水位、流量、泵站设备运行等数据的自动采集、网络传输、存储、统计汇总和就地/远程实时控制,迅速地为市政设施管理部门提供准确、可靠的决策依据,使排水管理、污水截流控制、汛期排涝控制走向定量化、信息化、自动化、网络化、科学化和实时化,从而提高城市排水调度管理的水平,减少和避免水涝灾害,确保城市安全度汛和保障人们正常的生活、工作秩序。
参考文献
[1]郭宗仁,等.可编程序控制器及其通信网络技术.北京:人民邮电出版社,1995.
[2]张乃尧,阎平凡,等.神经网络与模糊控制.北京:清华大学出版社,1998.
[3]张用.继电器电路逻辑设计.天津:科学技术出版社,1981.