基于PLC 技術(shù)的水利泵站自動化運行控制

李兆吉

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225000）

目前水利泵站的自動化水平逐漸提升，充分利用目前快速發(fā)展的信息技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，PLC 技術(shù)在其中得到了較為廣泛的運用。該技術(shù)提升了泵站自動化處理效率，具有較為廣闊的運用空間。

1 PLC 技術(shù)

PLC 即編程邏輯控制器，全稱為Programmable Logic Controller。其功能構(gòu)成包括定時、基本運算、存儲、邏輯運算等，能夠在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)多種操作，用戶在使用過程中具有較強的靈活性，可結(jié)合自身需要進(jìn)行編程。采樣錄入、執(zhí)行操作、完成刷新共同構(gòu)成了PLC 自動控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)步驟[1]。

2 PLC 在泵站自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用探析

2.1 PLC 選型

PLC 運用過程中具有多種性能、指令系統(tǒng)、價格、結(jié)構(gòu)形式、編程方式等，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際需求選用最佳的設(shè)計方式。在選擇PLC 時，考慮的因素有PLC 容量、電源模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力、PLC 機(jī)型、I/O 模塊、特殊功能模塊等。本次采用Rockwell Allen-Bradley 的PLC 機(jī)型，建成為AB 機(jī)型，具體為ControlLogix5000 系列PLC。

ControlLogix5000PLC 包括Logix5563、Logix5555 兩種處理器，Logix5555 處理器為1756-L5 型號CPU，能夠結(jié)合使用需求分 別 擴(kuò) 展 至 1756-L55M22、1756-L55M23、1756-L55M24、1756-L55M26 內(nèi)存。Logix5563 處理器包括1756-L63 型號CPU，內(nèi)存8M，具有1756-L62、1756-L61 的處理器，支持RSLOGIX5K V12[2]。

本次ControlLogix 控制器設(shè)置過程中采用了1756-L61模塊，使用中能夠進(jìn)入至ControlLogix 輸入輸出的所有槽位中，使得不同機(jī)架之間能夠互相獨立地操作。

1756-L61 控制器在通訊連接中采用了ControlNet、DeviceNet、DH+、RS-232-C（DF1/DH-485 協(xié)議）、EtherNet/IP 形式，泵站系統(tǒng)運行過程中，設(shè)置MV156-MCM 的PLC MODBUS 通信接口模塊，實現(xiàn)了PLC 對MODBUS 現(xiàn)場設(shè)備的有效連接，提升了PLC 通信能力，實現(xiàn)了PLC 和MODBUS 網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。系統(tǒng)模塊選型與相應(yīng)數(shù)量見表1。

表1 系統(tǒng)模塊選型與相應(yīng)數(shù)量

2.2 PLC 技術(shù)在泵站系統(tǒng)中的運用總體設(shè)置

在泵站運行過程中要求設(shè)計主控室，包括PLC 柜、配電柜、上位機(jī)、視頻監(jiān)控設(shè)備、保護(hù)裝置等。為了便于操作，在主控室中設(shè)置了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC 系統(tǒng)。配電室由低壓配電室、高壓配電室兩個組成部分。傳感器、現(xiàn)場控制箱、相關(guān)儀器儀表運行中屬于低壓設(shè)備，主要由低壓配電室供電，部分系統(tǒng)運行過程中需要由高壓設(shè)備進(jìn)行供電。PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 PLC 運用的程序流程

根據(jù)控制要求,水位到S1 時啟動一臺水泵運行,水位到S2時啟動兩臺水泵運行,到報警水位時三臺泵全部投入運行,水位回落到S0 時停止水泵運行,三臺水泵運行時間均衡,程序流程見圖2。

圖2 PLC 程序流程圖

PLC 通電后,由其第一個掃描周期內(nèi)接通的特殊位寄存器SM0.1 將M0.0 置位，為自動運行做準(zhǔn)備，當(dāng)SA 在自動位置（I0.4 接通），且水位超過S1 時，若按動自動動按鈕則I0.5 接通,M0.0 復(fù)位為0，M0.1 置位激活，K1 得電吸合, 第一臺水泵投入運行；若這時水位超過了S2,則M0.1 復(fù)位為0,M0.2 置位,繼電器K1,K2 得電,第一、二臺水泵投入運行；若水位超過了報警水位S3,則M0.2 復(fù)位,M0.3 置位,第一、二、三臺水泵投入運行。

若在M0.1 狀態(tài)激活，K1 運行一段時間后，水位下降到停泵水位，S0 為OFF, 則其反狀態(tài)為1，M0.1 復(fù)位，M0.5 激活，K1失電，水泵停止運行；再過一段時間若水位上升到開第一臺水泵S1 時，則M0.5 被復(fù)位，M0.6 激活，K2 得電，物理意義上的第二臺水泵作為第一臺水泵投入運行。只有在雷雨季節(jié)集水井中水位才有可能超過報警水位S3, 也就是說,M0.3、M1.2、M1.7 被激活的幾率不高, 一般情況下最多只有兩臺水泵運行。從圖2可以看出,當(dāng)水位升到需要開第一臺水泵或第二臺水泵時,程序總是會選擇“下一臺沒有開過的水泵”,而這個下一臺不是固定的,是在物理意義上的第一臺、第二臺、第三臺水泵間輪流,由PLC 來根據(jù)上一次運行情況判斷決定得出,這樣,實際上就成了三臺水泵互為備用,合理有效地利用了資源[3]。

3 PLC 控制系統(tǒng)運用分析

運行過程中要求加強對系統(tǒng)實際運行情況的全面分析與檢查。6 kV 主機(jī)PLC 主站運行過程中要求進(jìn)行相關(guān)檢查，檢查項目包括設(shè)備規(guī)格型號、并開箱檢查，判斷產(chǎn)品說明書、合格證、資料和附件是否齊全，外觀有無損傷等，緊固件是否松動等。進(jìn)行手動試驗，確認(rèn)盤面觸摸屏顯示正常，操作靈敏，空開分合閘靈活、可靠。進(jìn)行靜態(tài)試驗，確認(rèn)輸入、輸出開關(guān)信號正確、中間繼電器動作正常。確保接地/接零牢靠，滿足設(shè)計要求，符合規(guī)范規(guī)定，接地電阻小于4 歐姆。輸入、輸出信號正確，返回信號準(zhǔn)確；輸出動作正常，反應(yīng)靈敏。上位機(jī)通訊：以太網(wǎng)，速率10 M，數(shù)據(jù)傳輸正常。

例如在江都三站運行過程中采用了以上PLC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式，見圖3。加強1#～4#6 kV主機(jī)開關(guān)量控制。進(jìn)行電氣試驗，確保絕緣良好，接地保護(hù)牢靠，設(shè)備性能滿足設(shè)計要求，符合規(guī)范規(guī)定。輸入、輸出信號正確，返回信號準(zhǔn)確；輸出動作正常，反應(yīng)靈敏。模擬量輸入信號正確，采集數(shù)值準(zhǔn)確。輸入信號、輸出控制正常，數(shù)據(jù)反饋正確、及時、無異常。PLC主站通訊：同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，速率1.544 M，數(shù)據(jù)傳輸正常。進(jìn)行5#～8#6kV主機(jī)開關(guān)量控制。

圖3 江都三站PLC 拓?fù)鋱D

江都三站PLC 運行過程中采用了Unity Pro 設(shè)計形式，Unity Pro 提供了以下用于創(chuàng)建用戶程序的編程語言：功能塊FDB；指令列表IL；結(jié)構(gòu)化文本ST；序列文本；所有這些編程語言可在同一項目中混用。這些語言都符合IEC6131-3。配置器窗口選擇模塊，然后用拖放操作直接以PLC 配置的圖形表示形式插入該模塊[4]。

進(jìn)行聯(lián)動試驗，確保分合閘準(zhǔn)確可靠，返回信號，帶負(fù)荷運行，確保輸入信號、輸出控制正常，數(shù)據(jù)反饋正確、及時、無異常。接線準(zhǔn)確牢靠，標(biāo)志清晰齊全、布線整潔、規(guī)范、美觀。對9#～10#6 kV 主機(jī)開關(guān)量遠(yuǎn)程站、低壓配電開關(guān)量遠(yuǎn)程站、現(xiàn)場模擬量遠(yuǎn)程站、輔機(jī)開關(guān)量遠(yuǎn)程站，也進(jìn)行類似的項目檢查，要求盤面顯示正常，操作靈敏，空開分合閘靈活、可靠，輸出開關(guān)信號正確，中間繼電器動作正常。絕緣良好，接地保護(hù)牢靠，設(shè)備性能滿足設(shè)計要求，符合規(guī)范規(guī)定。接地/接零牢靠，滿足設(shè)計要求，接地電阻小于4 歐姆。輸入信號、輸出控制正常，數(shù)據(jù)反饋正確、及時、無異常。PLC 主站通訊：同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，速率1.544 M，數(shù)據(jù)傳輸正常[5]。

4 主要功能描述

系統(tǒng)運行過程中對功能描述具有多項要求，主要功能包括圖解顯示、歷史記錄、報表維護(hù)、畫面打印、報警一覽、趨勢圖、信號一覽、系統(tǒng)狀態(tài)、用戶管理。按照圖解相應(yīng)操作儀表與設(shè)備等，從而遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備。

歷史記錄中要求保存系統(tǒng)運行過程中的一些相關(guān)數(shù)據(jù)，提供信息變更與查詢依據(jù)，以此為設(shè)備管理與系統(tǒng)維護(hù)提供最基本的數(shù)據(jù)信息。包括運行/停止、設(shè)備和儀表故障、設(shè)備手動/自動、變更遠(yuǎn)程/就地狀態(tài)、檢測數(shù)據(jù)超出報警設(shè)定范圍等，系統(tǒng)保留60 天之內(nèi)的數(shù)據(jù)。用戶管理目的在于提升系統(tǒng)運行的安全性，對設(shè)備的運行情況進(jìn)行集中而統(tǒng)一的管理。

5 結(jié)語

本文針對水泵系統(tǒng)采用PLC 技術(shù)進(jìn)行了探索，提出采用組態(tài)軟件RSView32，設(shè)置相應(yīng)的操作界面，并在系統(tǒng)運行中提供實時趨勢、歷史記錄、報警記錄、設(shè)備參數(shù)顯示等功能信息。以此充分展示出泵站運行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對此提供反饋信息，以此優(yōu)化泵站運行與維護(hù)。