球團廠無人值守水泵站的設計與實現

陳君

摘 要 通過對冷卻循環水系統的分析，結合實際運行經驗，提出由設備運行自動控制系統和電視監控系統兩大部分組成的無人值守泵站的設計思路及實現步驟，最后對實現效果進行總結。

關鍵詞 自動控制系統；無人值守；PLC；電視監控

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0149-01

循環冷卻水是工業生產過程中不可缺少的重要部分，尤其是球團廠這樣熱工設備較多，設備工作環境溫度很高，設備負荷很重的情況，用循環冷卻水強制冷卻設備是保證設備正常運行必須條件，循環冷卻水處理的好壞，水溫的控制，水重復利用情況的好壞，對于降低能耗，降低生產成本，都有重要意義。

我廠循環冷卻水系統目前由3個水池分別是熱水池、冷水池、生活水池、兩座冷卻塔，一臺加藥機以及三組水泵和水路管道系統組成，工作流程如下。

工作泵從冷水池將冷水打到循環管路中送給工作現場各個需要冷卻的設備，冷卻水流經設備后通過回水管路返回水泵站，經冷卻塔冷卻后進入水池繼續冷卻，冷水池與熱水池在池的底部相同，冷水由于比重較大在熱水池的底部流入冷水池，當冷水池的水位較低時，啟動補水泵，將生活水池內的新鮮水補充到冷水池內。

目前的設備運行情況是：操作人員在泵房值守，巡視點檢設備，檢查水池水位，根據水溫情況開1-2個冷卻塔，并根據水池水位情況給水池補水，加藥。這種操作方式下由于水泵運行時噪聲非常大人員的工作環境差，許多工作人員不愿到現場去檢查設備，但這項工作又要求人員的工作責任心要很強，稍有疏忽，就會出現水池水位過低、循環水溫高，設備冷卻不好，水泵故障沒有把水打到現場等情況的發生。

鑒于以上情況我們想通過一系列改造實現全自動無人值守泵站，無人值守泵站由：泵站設備自動控制系統和泵站電視監控系統兩個主要部分構成。

1 泵站設備自動控制系統

1.1 控制要求，主要實現功能

在監控計算機上實現對所有的控制的參數設定和遠程監控；水池液位、水溫、管道水壓、流量等參數和設備運行情況都能在計算機屏幕上動態顯示。整個控制系統主要可實現如下功能：根據水池水位情況自動啟動補水泵進行補水，當水位達到要求時自動停泵。根據水池水溫情況實現對冷卻塔的自動投運和切停。根據補入新水的流量自動統計計算出加藥量，并自動啟動加藥機加藥。根據水泵泵體溫度和震動情況的實時監測自動報警、跳停設備提醒操作人員及時檢修設備。對所有控制和檢測的參數模擬量在上位機實現歷史趨勢存儲、實時數據動態顯示、打印和報警功能。

1.2 控制系統構成與配置

按照方便可靠，簡單經濟的控制的要求，選用工控計算機作為上位機進行監控， 利用 WinCC組態軟件建立實時操作界面與下位機進行通信。采用西門子的PLC作為下位機進行程序控制，組態相應的專用模塊實現對各種數據的處理以及與上位機的通訊。

硬件設備配置如下。

在現場增設電磁流量計2臺分別顯示出水和補水流量，所有水泵增加震動和溫度檢測儀表，三個水池都安裝雷達物位計實時監測水位。在出水口和回水口安裝水溫檢測熱電阻。

下位機采用西門子公司的300系列PLC，CPU型號為CPU315-2DP，這種型號的CPU性能較突出，位操作和字操作時間分別是0.3 μs和1 μs，反應迅速。同時還內置了128個定時器和64個計數器，使用方便，與其配用的300系列模擬量、開關量及通訊等專業模塊價格相對經濟，對現場環境要求不高且皮實耐用。

上位機選用性能穩定，可長時間連續工作的工控機。操作界面用工控組態軟件WinCC設計，控制程序用Step7軟件編輯。WinCC與STEP7配合時，Step7中定義的變量可以在WinCC中直接使用可提高控制靈敏度和控制精確程度。另外，WinCC中的C語言腳本（Script）及提供的與數據庫之間的接口能增加各種應用功能，能滿足用戶的復雜要求。

上位機與PLC之間通過交換機采用工業以太網絡通信。整個硬件系統分三層布置，配置如下圖。

1.3 控制程序要求及設計思路

1）控制程序設計成開放式，即在上位機設置參數輸入窗口，工藝控制人員可以根據實際生產情況在上位機上直接設置控制參數，例如水池的水位、冷卻循環回水溫度、水泵報警保護跳停的震動及溫度控制要求等。后臺的控制程序調用窗口參數，經過數據處理形成控制輸出，實現對現場設備的自動控制。

2）由于我廠水質硬度較高在冷卻溫度設備時容易結垢，一旦管道內的流速較小時容易造成管道的堵塞，軟件中通過兩種方法相結合控制這種情況的發生，一是根據冷卻出水流量自動控制水泵變頻電機的頻率輸出，保證管道內的流速。二是通過補水流量計算補水量，根據化驗室水質化驗結果加入相對應量的軟化劑。

3）為保障現場重要設備的冷卻效果，原則上不能輕易跳停水泵，水泵監控保護控制程序以報警為主，當到達警戒值時在上位監控畫面跳出閃爍報警并鳴警鈴。當監控參數在30內仍然高于警戒值時，跳停水泵同時啟動備用泵。

2 電視監控系統

電視監控系統用于監控現場泵池內水泵及周邊管道的運行情況，以便在無人值守時及時發現閥體、管道泄漏、閑雜人員進入工作區域等情況的發生。

電視監控系統的構成：四臺攝像機安裝在現場分別監控四個工作面，攝像機的視頻信號集中進到一臺8口的硬盤錄像機內，要求錄像機硬盤容量可以存儲15天的視頻錄像，同時錄像機具備以太數據輸出口，監控信號通過控制系統的交換機一并傳輸給遠方的中央控制室。在中央控制室安裝大屏幕液晶顯示屏實時顯示現場情況。

3 結束語

通過對整個系統的分析，將無人值守泵站分成兩大系統并分別實施不同的方案加以實現，將復雜的控制問題簡單化，易于實現的同時，解決了實際問題。

參考文獻

[1]翁維勤，孫洪程.過程控制系統及工程[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2]丁書耕.小型分布式控制系統的設計與實現[J].山東電力技術，1999（4）.endprint

摘 要 通過對冷卻循環水系統的分析，結合實際運行經驗，提出由設備運行自動控制系統和電視監控系統兩大部分組成的無人值守泵站的設計思路及實現步驟，最后對實現效果進行總結。

關鍵詞 自動控制系統；無人值守；PLC；電視監控

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0149-01

循環冷卻水是工業生產過程中不可缺少的重要部分，尤其是球團廠這樣熱工設備較多，設備工作環境溫度很高，設備負荷很重的情況，用循環冷卻水強制冷卻設備是保證設備正常運行必須條件，循環冷卻水處理的好壞，水溫的控制，水重復利用情況的好壞，對于降低能耗，降低生產成本，都有重要意義。

我廠循環冷卻水系統目前由3個水池分別是熱水池、冷水池、生活水池、兩座冷卻塔，一臺加藥機以及三組水泵和水路管道系統組成，工作流程如下。

工作泵從冷水池將冷水打到循環管路中送給工作現場各個需要冷卻的設備，冷卻水流經設備后通過回水管路返回水泵站，經冷卻塔冷卻后進入水池繼續冷卻，冷水池與熱水池在池的底部相同，冷水由于比重較大在熱水池的底部流入冷水池，當冷水池的水位較低時，啟動補水泵，將生活水池內的新鮮水補充到冷水池內。

目前的設備運行情況是：操作人員在泵房值守，巡視點檢設備，檢查水池水位，根據水溫情況開1-2個冷卻塔，并根據水池水位情況給水池補水，加藥。這種操作方式下由于水泵運行時噪聲非常大人員的工作環境差，許多工作人員不愿到現場去檢查設備，但這項工作又要求人員的工作責任心要很強，稍有疏忽，就會出現水池水位過低、循環水溫高，設備冷卻不好，水泵故障沒有把水打到現場等情況的發生。

鑒于以上情況我們想通過一系列改造實現全自動無人值守泵站，無人值守泵站由：泵站設備自動控制系統和泵站電視監控系統兩個主要部分構成。

1 泵站設備自動控制系統

1.1 控制要求，主要實現功能

在監控計算機上實現對所有的控制的參數設定和遠程監控；水池液位、水溫、管道水壓、流量等參數和設備運行情況都能在計算機屏幕上動態顯示。整個控制系統主要可實現如下功能：根據水池水位情況自動啟動補水泵進行補水，當水位達到要求時自動停泵。根據水池水溫情況實現對冷卻塔的自動投運和切停。根據補入新水的流量自動統計計算出加藥量，并自動啟動加藥機加藥。根據水泵泵體溫度和震動情況的實時監測自動報警、跳停設備提醒操作人員及時檢修設備。對所有控制和檢測的參數模擬量在上位機實現歷史趨勢存儲、實時數據動態顯示、打印和報警功能。

1.2 控制系統構成與配置

按照方便可靠，簡單經濟的控制的要求，選用工控計算機作為上位機進行監控， 利用 WinCC組態軟件建立實時操作界面與下位機進行通信。采用西門子的PLC作為下位機進行程序控制，組態相應的專用模塊實現對各種數據的處理以及與上位機的通訊。

硬件設備配置如下。

在現場增設電磁流量計2臺分別顯示出水和補水流量，所有水泵增加震動和溫度檢測儀表，三個水池都安裝雷達物位計實時監測水位。在出水口和回水口安裝水溫檢測熱電阻。

下位機采用西門子公司的300系列PLC，CPU型號為CPU315-2DP，這種型號的CPU性能較突出，位操作和字操作時間分別是0.3 μs和1 μs，反應迅速。同時還內置了128個定時器和64個計數器，使用方便，與其配用的300系列模擬量、開關量及通訊等專業模塊價格相對經濟，對現場環境要求不高且皮實耐用。

上位機選用性能穩定，可長時間連續工作的工控機。操作界面用工控組態軟件WinCC設計，控制程序用Step7軟件編輯。WinCC與STEP7配合時，Step7中定義的變量可以在WinCC中直接使用可提高控制靈敏度和控制精確程度。另外，WinCC中的C語言腳本（Script）及提供的與數據庫之間的接口能增加各種應用功能，能滿足用戶的復雜要求。

上位機與PLC之間通過交換機采用工業以太網絡通信。整個硬件系統分三層布置，配置如下圖。

1.3 控制程序要求及設計思路

1）控制程序設計成開放式，即在上位機設置參數輸入窗口，工藝控制人員可以根據實際生產情況在上位機上直接設置控制參數，例如水池的水位、冷卻循環回水溫度、水泵報警保護跳停的震動及溫度控制要求等。后臺的控制程序調用窗口參數，經過數據處理形成控制輸出，實現對現場設備的自動控制。

2）由于我廠水質硬度較高在冷卻溫度設備時容易結垢，一旦管道內的流速較小時容易造成管道的堵塞，軟件中通過兩種方法相結合控制這種情況的發生，一是根據冷卻出水流量自動控制水泵變頻電機的頻率輸出，保證管道內的流速。二是通過補水流量計算補水量，根據化驗室水質化驗結果加入相對應量的軟化劑。

3）為保障現場重要設備的冷卻效果，原則上不能輕易跳停水泵，水泵監控保護控制程序以報警為主，當到達警戒值時在上位監控畫面跳出閃爍報警并鳴警鈴。當監控參數在30內仍然高于警戒值時，跳停水泵同時啟動備用泵。

2 電視監控系統

電視監控系統用于監控現場泵池內水泵及周邊管道的運行情況，以便在無人值守時及時發現閥體、管道泄漏、閑雜人員進入工作區域等情況的發生。

電視監控系統的構成：四臺攝像機安裝在現場分別監控四個工作面，攝像機的視頻信號集中進到一臺8口的硬盤錄像機內，要求錄像機硬盤容量可以存儲15天的視頻錄像，同時錄像機具備以太數據輸出口，監控信號通過控制系統的交換機一并傳輸給遠方的中央控制室。在中央控制室安裝大屏幕液晶顯示屏實時顯示現場情況。

3 結束語

通過對整個系統的分析，將無人值守泵站分成兩大系統并分別實施不同的方案加以實現，將復雜的控制問題簡單化，易于實現的同時，解決了實際問題。

參考文獻

[1]翁維勤，孫洪程.過程控制系統及工程[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2]丁書耕.小型分布式控制系統的設計與實現[J].山東電力技術，1999（4）.endprint

摘 要 通過對冷卻循環水系統的分析，結合實際運行經驗，提出由設備運行自動控制系統和電視監控系統兩大部分組成的無人值守泵站的設計思路及實現步驟，最后對實現效果進行總結。

關鍵詞 自動控制系統；無人值守；PLC；電視監控

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0149-01

循環冷卻水是工業生產過程中不可缺少的重要部分，尤其是球團廠這樣熱工設備較多，設備工作環境溫度很高，設備負荷很重的情況，用循環冷卻水強制冷卻設備是保證設備正常運行必須條件，循環冷卻水處理的好壞，水溫的控制，水重復利用情況的好壞，對于降低能耗，降低生產成本，都有重要意義。

我廠循環冷卻水系統目前由3個水池分別是熱水池、冷水池、生活水池、兩座冷卻塔，一臺加藥機以及三組水泵和水路管道系統組成，工作流程如下。

工作泵從冷水池將冷水打到循環管路中送給工作現場各個需要冷卻的設備，冷卻水流經設備后通過回水管路返回水泵站，經冷卻塔冷卻后進入水池繼續冷卻，冷水池與熱水池在池的底部相同，冷水由于比重較大在熱水池的底部流入冷水池，當冷水池的水位較低時，啟動補水泵，將生活水池內的新鮮水補充到冷水池內。

目前的設備運行情況是：操作人員在泵房值守，巡視點檢設備，檢查水池水位，根據水溫情況開1-2個冷卻塔，并根據水池水位情況給水池補水，加藥。這種操作方式下由于水泵運行時噪聲非常大人員的工作環境差，許多工作人員不愿到現場去檢查設備，但這項工作又要求人員的工作責任心要很強，稍有疏忽，就會出現水池水位過低、循環水溫高，設備冷卻不好，水泵故障沒有把水打到現場等情況的發生。

鑒于以上情況我們想通過一系列改造實現全自動無人值守泵站，無人值守泵站由：泵站設備自動控制系統和泵站電視監控系統兩個主要部分構成。

1 泵站設備自動控制系統

1.1 控制要求，主要實現功能

在監控計算機上實現對所有的控制的參數設定和遠程監控；水池液位、水溫、管道水壓、流量等參數和設備運行情況都能在計算機屏幕上動態顯示。整個控制系統主要可實現如下功能：根據水池水位情況自動啟動補水泵進行補水，當水位達到要求時自動停泵。根據水池水溫情況實現對冷卻塔的自動投運和切停。根據補入新水的流量自動統計計算出加藥量，并自動啟動加藥機加藥。根據水泵泵體溫度和震動情況的實時監測自動報警、跳停設備提醒操作人員及時檢修設備。對所有控制和檢測的參數模擬量在上位機實現歷史趨勢存儲、實時數據動態顯示、打印和報警功能。

1.2 控制系統構成與配置

按照方便可靠，簡單經濟的控制的要求，選用工控計算機作為上位機進行監控， 利用 WinCC組態軟件建立實時操作界面與下位機進行通信。采用西門子的PLC作為下位機進行程序控制，組態相應的專用模塊實現對各種數據的處理以及與上位機的通訊。

硬件設備配置如下。

在現場增設電磁流量計2臺分別顯示出水和補水流量，所有水泵增加震動和溫度檢測儀表，三個水池都安裝雷達物位計實時監測水位。在出水口和回水口安裝水溫檢測熱電阻。

下位機采用西門子公司的300系列PLC，CPU型號為CPU315-2DP，這種型號的CPU性能較突出，位操作和字操作時間分別是0.3 μs和1 μs，反應迅速。同時還內置了128個定時器和64個計數器，使用方便，與其配用的300系列模擬量、開關量及通訊等專業模塊價格相對經濟，對現場環境要求不高且皮實耐用。

上位機選用性能穩定，可長時間連續工作的工控機。操作界面用工控組態軟件WinCC設計，控制程序用Step7軟件編輯。WinCC與STEP7配合時，Step7中定義的變量可以在WinCC中直接使用可提高控制靈敏度和控制精確程度。另外，WinCC中的C語言腳本（Script）及提供的與數據庫之間的接口能增加各種應用功能，能滿足用戶的復雜要求。

上位機與PLC之間通過交換機采用工業以太網絡通信。整個硬件系統分三層布置，配置如下圖。

1.3 控制程序要求及設計思路

1）控制程序設計成開放式，即在上位機設置參數輸入窗口，工藝控制人員可以根據實際生產情況在上位機上直接設置控制參數，例如水池的水位、冷卻循環回水溫度、水泵報警保護跳停的震動及溫度控制要求等。后臺的控制程序調用窗口參數，經過數據處理形成控制輸出，實現對現場設備的自動控制。

2）由于我廠水質硬度較高在冷卻溫度設備時容易結垢，一旦管道內的流速較小時容易造成管道的堵塞，軟件中通過兩種方法相結合控制這種情況的發生，一是根據冷卻出水流量自動控制水泵變頻電機的頻率輸出，保證管道內的流速。二是通過補水流量計算補水量，根據化驗室水質化驗結果加入相對應量的軟化劑。

3）為保障現場重要設備的冷卻效果，原則上不能輕易跳停水泵，水泵監控保護控制程序以報警為主，當到達警戒值時在上位監控畫面跳出閃爍報警并鳴警鈴。當監控參數在30內仍然高于警戒值時，跳停水泵同時啟動備用泵。

2 電視監控系統

電視監控系統用于監控現場泵池內水泵及周邊管道的運行情況，以便在無人值守時及時發現閥體、管道泄漏、閑雜人員進入工作區域等情況的發生。

電視監控系統的構成：四臺攝像機安裝在現場分別監控四個工作面，攝像機的視頻信號集中進到一臺8口的硬盤錄像機內，要求錄像機硬盤容量可以存儲15天的視頻錄像，同時錄像機具備以太數據輸出口，監控信號通過控制系統的交換機一并傳輸給遠方的中央控制室。在中央控制室安裝大屏幕液晶顯示屏實時顯示現場情況。

3 結束語

通過對整個系統的分析，將無人值守泵站分成兩大系統并分別實施不同的方案加以實現，將復雜的控制問題簡單化，易于實現的同時，解決了實際問題。

參考文獻

[1]翁維勤，孫洪程.過程控制系統及工程[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2]丁書耕.小型分布式控制系統的設計與實現[J].山東電力技術，1999（4）.endprint