PLC抽水泵站控制系統的設計分析

肖懷志

深圳市水務技術服務有限公司 518000

摘要：在泵站控制系統中，由于PLC具有獨特的功能，因此在泵站自動化控制中能起到很大的作用。本文針對抽水泵站系統控制要求，對PLC泵站實現自動化控制的設計進行分析。

關鍵詞：PLC；泵站；控制系統；設計

1.前言

PLC自80年代開始快速發展，在我國工業自動化控制應用領域中，PLC的應用是比較活躍的。由于其具有較高可靠性和應用靈活、使用方便等特點，在自動化控制應用中可以提供安全可靠和相對完善的解決方案，適用于目前企業工業自動化的需求。隨著工業自動化技術的不斷提高，越來越多的無人值守泵站建成，可以大大的降低泵站運行人工成本，使有限的運行費用用于泵站設備的改造、維修及維護上，從而更好地提高泵站設備使用性。本文針對抽水泵站系統設計為例，運用CUP224與MCGS人機交互界面建立一個自動化控制系統，對水泵運行參數進行實時監控記錄，從而確保水泵良好的運行狀態，減少停水次數，建立一套泵站“無人值守”控制系統。

2.水泵啟動系統組成

離心式水泵，需要在啟動前入口真空度達到一定程度時才會啟動。那是由于水位已經超出了離心式水泵自吸能力的范疇，通過負壓將水引到離心式水泵，然后再啟動離心式水泵。如果在規定的時間內離心式水泵沒有吸到水，就會影響泵內機械密封等水冷卻密封部件。本文主要采用真空泵引水方式。

本控制系統主要是由三個模塊組成，即主控制器模塊、液位檢測模塊和人機交互模塊。其中：主控制器模塊主要完成對過程信號的實時采集和處理；液位檢測模塊是完成對液位信號的采集和轉換，并得出真空度的計算值；人機交互模塊是顯示監控畫面和監視過程運行情況。泵站主要控制對象有水泵系統、真空泵系統、檢測壓力和液位的儀表等。遠程啟動水泵的工作條件是真空度測量值小于計算值。

2.1 主控制器模塊

根據成本要求及控制點數，本系統采用西門子PLCS7-200 為主控制器，選擇 CPU224 作為主機模塊，該模塊的控制點數 14 點輸入，10 點輸出，配有 1個 RS-485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊、MPI 通訊和自由方式通訊能力，是具有較強控制能力的小型控制器，各項性能均滿足泵站控制系統的要求。

2.2 液位檢測模塊

液位檢測模塊的核心部件是液位檢測傳感器，現在一般采用壓力傳感器、浮球式液位傳感器、電感式傳感器、穿透式超聲波傳感器等，都因各種問題不能正常使用。本文采用超聲波液位傳感器，安全穩定可靠易安裝易維護。

該裝置的原理是，將壓力傳感器安裝在水泵的出口端，液位傳感器安裝在井口可以直射液面的地方。設液位傳感器安裝的位置距液面為h1，h1 為變量，也就是可以任意高度液面時啟動水泵；設液位傳感器安裝的位置距水泵葉輪上端的某一位置為h2，h2為定值，這個位置是固定不變的。h1+h2=H，H是水泵的允許啟動高度，也就是泵體內的真空度，用負的Pa單位來表示。發出啟動水泵指令后，液位傳感器將檢測到的h1數值，輸送給 PLC 系統，經過 PLC 程序處理后，PLC 系統將檢測到的h1 數值加上h2 數值，向壓力傳感器輸送一個H的數值，當壓力傳感器檢測到水泵泵體內的真空度達到該數值時，壓力傳感器就輸出信號，啟動水泵電機，至此水泵系統啟動結束。位置布局圖如圖1所示。

圖1位置布局圖

2.3 人機交互模塊

本系統采用 MCGS 通用軟件。其是一種連接人和機器的人機界面，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。通過與其他相關的硬件設備結合，可以快速、方便的開發各種用于現場采集、數據處理和控制的設備。首先進行驅動構件添加西門子 S7-200PPI，完成 MCGS 與西門子 PLC 的驅動通訊構件；根據實際情況進行父設備與子設備基本參數設置，進而建立數據變量，繪制人機畫面窗口。

3系統電氣設計的實現

泵的啟動/停止控制分手動控制和自動控制兩種方式。根據工藝要求，本系統在手動模式下，由現場控制箱面板按鈕可啟動和停止真空泵，程序無法干預；自動模式下，泵的啟動/停止靠程序控制，考慮到安全問題，現場控制箱控制面板按鈕也可停止真空泵。真空泵的控制回路設計如圖2所示。

圖2真空泵控制回路設計

4系統軟件的實現

PLC 負責數據采集、與上位機通訊、執行上位機下發的指令以及對泵進行“無人值守”自動控制；配有現場觸摸屏，可對現場情況進行工況查看并進行一些基本控制。主程序框架如圖3所示。

圖3主程序結構框架

4.1 真空度計算的軟件實現

真空度的計算值由液位傳感器采集的液位 h1計算得到。

4.2 上位機監控畫面設計

該系統的上位機監控部分由 MCGS 軟件完成。操作人員可以進行泵的安裝高度、水箱高度等設置和修正，同時對液位測量值的監控和歷史數據的記錄。監控畫面如圖4所示。

圖4 監控編輯畫面

5.結語

由于PLC 的泵站控制系統具有快速可靠的性能，利用液位傳感器計算壓力值，與實測的真空度進行比較，可以有效實現水泵的精確啟停控制，提高了工作效率和安全性，達到了理想的啟停效果，滿足工程實際應用的要求。對于無人值守泵站的不斷建成，我們就對其進行更多的研究，以確保各控制泵站點的可靠運行及控制系統下執行機構的利用率，進而減少故障發生次數，延長設備使用壽命，達到節能降耗的目的。

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