基于LOGO!的集水井排水泵自動控制系統改造

李 勝

(安徽省淠史杭灌區管理總局淠東干渠管理處，安徽 六安 237009)

紅石嘴水電站位于安徽省金寨縣，是舉世聞名的淠史杭灌區史河總干渠渠首樞紐工程，裝有三臺軸伸貫流式水輪發電機組，總容量3130kW，設計流量90m3/s。該站的集水井位于3#機下方，容量約27m3，由兩臺自吸泵將廢水抽至下游，下游正常尾水位高于集水井頂部高程約6.5m。兩臺排水泵的控制回路采用常規繼電器控制，一用一備，手動切換，這個回路能實現基本的自動控制功能：當水位達到上限時，啟動主用泵；水位達到上上限時，啟動備用泵；水位回到下限時，停泵。但在運行中，發現有這樣的問題：一是主備泵不能自動切換，造成一臺泵長期運行，磨損嚴重，另一臺泵長期停止，在集水井潮濕環境下容易受潮；二是當主用泵故障停泵時，不能自動啟動備用泵，也不能發出報警信號，必須等水位達到上上限時備用泵才能啟動，降低了集水井運行安全性；還發生過一次回路故障拒動，集水井溢水流入3#發電機的事故。為解決這些問題，決定對排水泵控制回路進行改造。

1 控制元件選擇

集水井排水泵控制系統要能實現以下功能：當水位達到上限時，啟動主用泵，達到上上限時，啟動備用泵，同時發出信號，水位回到下限時停泵；兩臺泵一用一備，自動按次輪換；當主用泵在抽水過程中故障停泵時，自動啟動備用泵，并向后臺發出報警信號。

原建設部以建質〔2001〕248號文頒布了《常用水泵電氣控制圖》，圖集號01D303-3，該圖集第115～117頁即為排水泵一用一備自動輪換控制電路圖。該圖使用常規繼電器控制，但并不能滿足上述功能要求，主要問題有：使用時間繼電器按時輪換，而不是按次輪換，即在一個排水周期，兩臺水泵按整定時間切換幾次，增加了啟停次數，加劇泵的磨損和電能消耗，還降低了排水效率，如果整定時間過長，則不能切換；主用泵故障時，不能自動切換到備用泵，也不報警，雙泵同時故障時才報警，降低了安全性；水位到上上限時，雙泵不能同時啟動；時間繼電器KT1、KT2的自保持接點設置有誤，實際上無法實現輪換(此處不詳細討論，上面的分析是按修正錯誤后進行的)。而且該圖僅控制回路就使用了7只中間繼電器，2只時間繼電器，接線復雜，可靠性低，需要較大的控制柜空間。因此，采用傳統繼電器改造，難以達到預期效果。

LOGO!通用邏輯控制模塊，非常適合于控制回路的應用。它集成了8種基本功能模塊和定時器、計數器等36種(0BA8型)專有功能模塊，通過內部功能塊編程的方式來實現控制邏輯，一臺LOGO!即可替代數以百計的繼電器，且具有傳統繼電器回路難以比擬的高可靠性，功能強大，調試和修改程序方便，同時，其控制模塊的繼電器輸出接點具有較大的電流承載能力(最大達10A)，能夠直接連接各種執行元件，可大大簡化外部接線，縮短配線時間，節省控制柜空間，便于維護。

根據電源環境和輸入輸出點數，決定選用LOGO!230RC主機，其操作電源為115～240V AC/DC，具有8個開關量輸入，4點繼電器輸出。

2 硬件部分設計

LOGO!的I/O地址分配見表1。硬件外部接線設計如圖1所示，其中XH1,XH2,XH3分別是集水井浮子信號器接點；KM1,KM2是交流接觸器線圈和輔助接點；RJ1,RJ2是熱繼電器接點。除了繼續使用原水泵主回路的交流接觸器、熱繼電器和采集集水井水位信號的浮子信號器外，其他所有的繼電器全部省去，用1臺LOGO!替代。

表1 I/O地址分配表表

圖1 控制回路硬件原理圖

3 軟件系統設計

采用LOGO! soft comfort V8.0版進行編程，FBD(功能塊圖)程序如圖2所示。

3.1 主備泵啟停功能設計

當水位到達上限時，I1輸入為1，經B001(與功能塊)、B002(或功能塊)置位B003(鎖存繼電器)，使Q1閉合啟動1#泵；當水位降至下限時，I3輸入為1，經B006(或功能塊)復位B003，使Q1斷開停止1#泵。當水位到達上上限時，I2輸入為1，分別經B002、B008(或功能塊)置位B003、B010(鎖存繼電器)，Q1,Q2同時閉合啟動兩臺泵，并經Q3發出水位高限報警。

3.2 主備泵按次輪換功能設計

B004和B011是下降沿觸發的與非模塊，當Q1由閉合轉為斷開時(即1#泵由運行轉為停止時)，B004將被觸發一次，經B021(或功能塊)使B007(鎖存繼電器)置位并保持；直到Q2由閉合轉為斷開時(即2#泵由運行轉為停止時)，B011將被觸發一次，經B022(或功能塊)使B007復位。B007的輸出經反相接入B001，正相接入B009，使I1的輸入每次只能觸發1臺泵的控制回路，該臺泵停泵時就會改變一次B007的狀態，屏蔽自己的輸入回路，為下次I1輸入觸發另一臺泵做準備；而I2(上上限)輸入繞過了B001和B009直接啟動雙泵，不會被屏蔽。

3.3 主泵故障自動切換備泵功能設計

當Q1閉合啟動1#泵的同時，I7輸入應為1，如熱繼電器動作或其他原因導致停泵，I7輸入變為0，可判斷為該泵故障。加入B016(接通延時繼電器)的作用是，從Q1發出啟動指令，到交流接觸器閉合其輔助接點反饋到I7，會有延時，為避免誤報，加入了一個接通延時時間。故障信號經B014(與功能塊)置位B015(鎖存繼電器)，觸發B005(上升沿觸發與模塊，使觸發備泵的信號為一個脈沖信號，而不是長期保持的信號)，啟動2#泵，同時通過Q4發出故障報警。B015同時輸出到B006閉鎖故障泵的再次啟動，輸出到B021使下次I1輸入啟動非故障泵。2#泵的故障切換回路原理與1#泵相同。

4 動態仿真模擬

用編程軟件的仿真功能對上述程序進行了動態仿真測試，界面如圖3所示，所有功能均正常。

圖2 LOGO!的程序設計

圖3 LOGO!動態仿真環境

5 結語

改造后，集水井排水泵自動控制系統投運一年多，從未發生拒動或誤動，運行可靠，預期功能得到完整的實現。通用邏輯控制模塊LOGO!作為主控單元組成的控制系統，相比傳統繼電器回路，可靠性高、功能豐富、節省空間，外部接線極為簡單；相比一般的PLC控制系統，可靠性相仿、價格低廉、調試方便、使用門檻低，但其運算能力較弱(0BA5以上的型號已具有PI控制器和模擬量輸出功能，0BA8型已可執行簡單的算術指令)，輸入輸出點數也不多，在復雜系統和運動控制方面還不能勝任。綜合來看，LOGO!可完全取代傳統繼電器控制方式，在不太復雜的工業控制場景中，是功能夠用，性價比頗高的可行方案，值得推廣使用。