高潭口泵站自動(dòng)化改造

1、. . -. . . 資料.高潭口泵站自動(dòng)化技術(shù)更新改造1馮 靖1陳 堅(jiān)2馬宜靈1 水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，xx 大學(xué)， xxxx ，430072；2xx 創(chuàng)豐科技 xx ，xxxx ，430070摘要高潭口泵站是xx 省裝機(jī)容量較大的排澇骨干泵站，建站至今在防洪排澇抗旱取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。由于建站時(shí)間已達(dá)30多年，設(shè)備老化嚴(yán)重，自動(dòng)化水平很低，為了更好的發(fā)揮該泵站的排澇作用，提高泵站的管理水平，對(duì)該泵站進(jìn)展了自動(dòng)化的更新和改造。通過這次技術(shù)上的更新和改造，提升了泵站的裝備水平和科學(xué)技術(shù)含量，使泵站運(yùn)行更加平安、經(jīng)濟(jì)和可靠。關(guān)鍵詞 泵站plc 自動(dòng)控制應(yīng)用高潭口泵站位于

2、xx 省洪湖市黃家口鎮(zhèn)東荊河右線堤岸上，是荊江北岸防洪排澇工程工程的第一期重點(diǎn)工程，是解決四湖流域澇災(zāi)問題的流域性骨干泵站。高潭口泵站裝機(jī)101600kw，在設(shè)計(jì)工況下流量為190m3/s ，灌溉流量40 m3/s ，工程集提排、提灌、自灌于一體。建站至今在防洪排澇抗旱取得了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。然而由于泵站運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)三十多年， 泵房出現(xiàn)多處裂縫，設(shè)備老化， 自動(dòng)化程度低等問題影響了泵站的平安和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 通過這次技術(shù)上的設(shè)備更新改造，可以更好地滿足泵站的運(yùn)行要求，大大提升了泵站的自動(dòng)化水平； 能使泵站管理水平上一新臺(tái)階，逐步到達(dá)“無人值班、 少人值守的管理新體制要求。高潭口泵站自動(dòng)化更

3、新改造采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的操作、控制、監(jiān)視及管理。系統(tǒng)采用ifix 工控軟件作為根本scada 軟件和人機(jī)接口、圖形顯示軟件 ,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、通信、機(jī)組及輔助設(shè)備控制、電能計(jì)量等功能,通過人機(jī)對(duì)話對(duì)泵站機(jī)組等設(shè)備進(jìn)展監(jiān)控保護(hù),并實(shí)現(xiàn)越限及設(shè)備異常報(bào)警、記錄、打印制表、事件順序記錄、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、事故追憶等功能。1泵站控制系統(tǒng)構(gòu)造可編程序控制器(plc) 是一個(gè)很好自動(dòng)控制平臺(tái)，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。其根本功能是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài),按用戶程序解控制邏輯,然后順序向各輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。plc 內(nèi)部具有豐富的輸出繼電器、保持繼電器、計(jì)

4、數(shù)器、計(jì)時(shí)器、特殊繼電器、a/ d(d/ a)轉(zhuǎn)換器及輸入輸出信號(hào)顯示,它可代替常規(guī)的電流、電壓信號(hào)、中間繼電器等實(shí)現(xiàn)自鎖、互鎖、順序、延時(shí)等控制。它的工作穩(wěn)定性、動(dòng)作的正確及時(shí)的響應(yīng)、易維護(hù)等，得到了廣闊用戶的一致肯定。整個(gè)系統(tǒng)分為主控制層和現(xiàn)地控制層，系統(tǒng)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)構(gòu)成100 m 高速以太局域網(wǎng),現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備構(gòu)成modbus 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，兩者在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖鲜仟?dú)立的，可獨(dú)立運(yùn)行。另外，雙網(wǎng)絡(luò)又相互聯(lián)系，以太局域網(wǎng)相應(yīng)級(jí)別的上位計(jì)算機(jī)可直接與modbus 網(wǎng)中的 plc 等現(xiàn)地控制單元通訊。雙網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造使得系統(tǒng)更可靠,即使局部計(jì)算機(jī)有故障,也不會(huì)影響現(xiàn)地控制單元的操作。該系統(tǒng)由10 套機(jī)組就地

5、控制單元：1 套輔機(jī)屏、 1 套公用屏、 2 臺(tái)工業(yè)控制機(jī)、xx 臺(tái). . -. . . 資料.攝像機(jī)、距陣切換器、大彩色背投屏組成。其系統(tǒng)配置如圖1所示。高潭口泵站每臺(tái)泵配備一臺(tái)plc，公用屏和輔機(jī)屏亦各自配備一臺(tái)plc，溫度巡檢儀和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)柜沒有安裝plc。十二臺(tái)可編程控制器均選用三菱的fx2n 系列的 plc(除公用屏采用的是fx2n32mr, 其余是 fx2n80mr) 。plc 通過對(duì)開關(guān)量的輸入邏輯判斷、采集的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)展處理后，輸出相應(yīng)的命令，從而到達(dá)對(duì)泵站的上下壓油泵、頂軸油泵、 真空泵、冷卻泵等電機(jī)泵的啟?？刂?，以及拍門、電動(dòng)閥門的開關(guān)。在啟動(dòng)、運(yùn)行過程中,任何一個(gè)環(huán)節(jié)

6、故障均可自動(dòng)報(bào)警。該系統(tǒng)采用的三種控制方式：由后臺(tái)監(jiān)控機(jī)控制；由現(xiàn)地單元控制；由運(yùn)行人員控制每一步操縱。2系統(tǒng)軟硬件2.1 上位機(jī)軟件系統(tǒng)采用 ifix3.5 作為根本scada 軟件。 ifix 工業(yè)控制軟件是美國intellution 公司的產(chǎn)品,是一種分布式生產(chǎn)自動(dòng)化軟件和控制軟件,提供監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能?；趙indows 平臺(tái)具有很好的兼容性,可提供與多種數(shù)據(jù)庫的接口。ifix 提供應(yīng)用戶一個(gè)圖形界面,使監(jiān)控操作更高效 ,把傳統(tǒng)操作控制臺(tái)變成了計(jì)算機(jī)和一個(gè)圖形屏幕,執(zhí)行監(jiān)視、報(bào)警、控制等功能;同時(shí)具有生成報(bào)表和文件的能力,將許多需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作成報(bào)表并保存,供以后分析。2.2 下位機(jī)

7、軟件下位機(jī)采用的是三菱的gx developer version 7 操作系統(tǒng)。gx developer 具有以下功能：（1）制作程序；圖 1 系統(tǒng)配置圖. . -. . . 資料.（2）對(duì)可編程控制器cpu 的寫入 /讀出；（3）監(jiān)視功能，包括回路監(jiān)視，軟元件同時(shí)監(jiān)視，軟元件登錄監(jiān)視；（4）調(diào)試， 把制作好的可編程控制器程序?qū)懭肟删幊炭刂破鞯腸pu 內(nèi)，測(cè)試此程序能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)；（5）pc 診斷， 可將現(xiàn)在的錯(cuò)誤狀態(tài)或是故障履歷表示出來，以便在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)作業(yè)。我們可以通過編程電纜將編寫好的程序下載到plc 的程序存儲(chǔ)器里，還可以通過plc編程口在線監(jiān)視plc 運(yùn)行狀態(tài)。2.3 硬件配置考慮到

8、 fx2n 網(wǎng)絡(luò)的組成構(gòu)造和高潭口泵站的實(shí)際情況，我們有兩種組網(wǎng)的方式，分別見圖 2 與圖 3。n:n 網(wǎng)絡(luò)模式是通過fx 系列的通訊模塊fx1n485bd 或 fx2n 485bd 傳輸數(shù)據(jù)，但是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容受限制，根據(jù)通訊參數(shù)的設(shè)置，每個(gè)plc 最大傳輸8 個(gè) 8 字節(jié)的數(shù)據(jù)存放器d,64 個(gè)輔助存放器m 的位存放器；而且組網(wǎng)的plc 個(gè)數(shù)最大為8 個(gè)。其中有1臺(tái)設(shè)為主站，其余7 臺(tái)為從站。主從站之間可以進(jìn)展數(shù)據(jù)交換。電腦連接方式亦通過fx 系列的通訊模塊fx1n485bd 或 fx2n485bd 傳輸數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)plc 的數(shù)據(jù)通訊。工控機(jī)為主站，plc 均為從站，主站與從站可以通

9、信，而從站之間不能進(jìn)展通訊。根據(jù)高潭口泵站的實(shí)際情況，如果采用n:n 網(wǎng)絡(luò)勢(shì)必增加投資，最主要的是交換的數(shù)據(jù)太少不能滿足實(shí)際需要。如果采用后面的接線方式，每臺(tái)泵之間是不需要通訊，每臺(tái)泵單獨(dú)給輔機(jī)設(shè)備的下達(dá)啟停命令就能滿足要求，而且泵的啟動(dòng)允許條件完全可以通過輔機(jī)屏的plc 處理后直接通過硬接線接到每臺(tái)泵的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)上或是讓工控機(jī)采集這些信號(hào)處理后傳給每臺(tái)泵的plc。最重要的是從站的數(shù)量可以到達(dá)16 臺(tái)即可掛16臺(tái) plc。因此給后面圖 2 n:n 網(wǎng)絡(luò)圖 3 電腦連接網(wǎng)絡(luò). . -. . . 資料.的進(jìn)一步升級(jí)改造留下了空間?，F(xiàn)地控制單元是一臺(tái)完整的單元控制裝置，可脫離主控級(jí)計(jì)算機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。

10、plc 直接完成生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，本單元設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、調(diào)整和控制， 以及與全站控制層的通訊聯(lián)絡(luò)等功能。現(xiàn)地控制層按被控對(duì)象共設(shè)14 套現(xiàn)地控制單元 lcu ， 10 臺(tái)機(jī)組每臺(tái)機(jī)組各1 套 lcu控制單元、 公用設(shè)備和輔機(jī)設(shè)備各1 套 lcu 控制單元、 溫度巡檢儀和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)各一套。各現(xiàn)地控制單元與主控層相對(duì)獨(dú)立，可直接完成生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，以及本單元設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視、調(diào)整和控制等功能。通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)地控制單元與全站控制層連接交換信息，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地設(shè)備的監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)共享。微機(jī)保護(hù)裝置、 溫度測(cè)量等設(shè)備通過總線方式連接，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)的監(jiān)視和控制。局部沒有通訊接口的

11、設(shè)備那么通過現(xiàn)地控制單元的io 模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制和狀態(tài)檢測(cè)。就地控制柜由差動(dòng)保護(hù)裝置、后備保護(hù)裝置、可編程控制器plc 、a/d 模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、多功能電度表、轉(zhuǎn)換開關(guān)和指示燈等組成，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)組正常啟、停、葉片角度及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制及機(jī)械保護(hù)功能。公用控制屏由2 臺(tái)線路保護(hù)裝置、2 臺(tái)站變保護(hù)裝置、1 臺(tái)母聯(lián)保護(hù)裝置、4 塊多功能電度表、 plc 可編程控制器和轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成，用于實(shí)現(xiàn)2 面高壓進(jìn)線柜、2 面高壓站變柜和 1 面母聯(lián)柜正常分、合閘及機(jī)械保護(hù)功能。輔機(jī)控制屏由觸摸屏、壓力儀表、 指示燈、 plc 可編程控制器和轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成，用于實(shí)現(xiàn)輔機(jī)分、合閘及機(jī)械保護(hù)功能。系統(tǒng) i/

12、o 測(cè)點(diǎn)有 335 個(gè)開關(guān)量輸入，212個(gè)開關(guān)量輸出，76 個(gè)模擬量輸入。溫度巡檢儀柜由10 臺(tái)溫度巡檢儀組成，采集每臺(tái)泵的轉(zhuǎn)子和軸承溫度，通過rs485送給工控機(jī)。轉(zhuǎn)子接地保護(hù)柜由10 臺(tái)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置構(gòu)成，對(duì)泵電機(jī)提供可靠的接地保護(hù)。3系統(tǒng)功能高潭口泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：1數(shù)據(jù)采集與處理功能。對(duì)模擬量輸入、開關(guān)量輸入、溫度量、保護(hù)事件、電氣量進(jìn)展數(shù)據(jù)采集和處理。具體功能包括：a) 具有硬件和軟件濾波功能；b) 數(shù)據(jù)有效性、合理性判別； c) 報(bào)警及事件的登錄；d) 事故時(shí)，有語音報(bào)警、多媒體工業(yè)電視聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)錄像。2運(yùn)行過程的自動(dòng)保護(hù)功能。運(yùn)行過程中的自動(dòng)保護(hù)功能包括：a) 電動(dòng)

13、機(jī)機(jī)組的啟、停操作； b) 快速閘門的啟閉及開度監(jiān)視；c) 主變和站變合、分、切換的操作；d) 全站油、水系統(tǒng)的運(yùn)行和記錄；e) 緊急情況下可手動(dòng)按緊急按鈕停泵。3統(tǒng)計(jì)、報(bào)表與查詢功能。具體功能包括：a) 顯示實(shí)時(shí)參數(shù)表，含全站各機(jī)組的電氣參數(shù)及壓力、溫度、流量等動(dòng)態(tài)數(shù)值；b) 累計(jì)全站日、月、年的有功、無功電度，機(jī)組開停次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、總排水量；c) 利用 excel 電子表格方式組織和顯示；d) 支持日、月、年的運(yùn)行日志，并可通過年月日的選擇，檢索歷史報(bào)表；e) 支持各種保護(hù)事件、趨勢(shì)記錄的查詢。4人機(jī)界面。上位機(jī)的顯示畫面是整個(gè)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成局部，它通過各種動(dòng)態(tài)的圖形來表示整個(gè)泵

14、站各種設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，給人以生動(dòng)、 直觀的操作效果。泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控的主要畫面包括：電氣主接線圖，樞紐布置圖，泵站剖面圖，站用電接線圖，油、水系統(tǒng)圖，開停機(jī)流程，監(jiān)控系統(tǒng)配置、調(diào)試窗口、通信狀態(tài)等畫面。在各畫面上除了動(dòng)態(tài)顯示各對(duì)象狀態(tài)外，還顯示對(duì)應(yīng)的功率、流量、水位、溫度等實(shí)時(shí)參數(shù)，對(duì)于每個(gè)操作對(duì)象都. . -. . . 資料.有對(duì)應(yīng)的彈出操作面板，有口令和確定方能進(jìn)展操作，防止誤操作。5工程管理。以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為根底，按照泵站、水閘等水工建筑物管理規(guī)程要求，自動(dòng)計(jì)算并列出年度運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并適時(shí)歸檔。6通訊。各泵站，水閘與工程管理中心，通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和光纜構(gòu)成環(huán)網(wǎng)通道，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控、

15、遙調(diào)、遙視等“五遙功能。7多媒體視頻聯(lián)動(dòng)。通過多媒體系統(tǒng)的控制機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)在網(wǎng)上交換信息，實(shí)現(xiàn)在被控對(duì)象操作或泵站發(fā)生事故時(shí)，自動(dòng)切換攝像鏡頭到相關(guān)對(duì)象或啟動(dòng)硬盤錄像的聯(lián)動(dòng)功能， 使運(yùn)行人員在中控室內(nèi)，通過多媒體工業(yè)電視系統(tǒng)及時(shí)直觀地觀察現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，以及事后故障的分析處理。4系統(tǒng)軟件應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)的程序根據(jù)泵站流程圖，設(shè)計(jì)采用梯形圖語言編程,使用編程器向控制器輸入程序時(shí) ,采用語句表形式。 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) ,plc 依次讀取程序存儲(chǔ)器中的程序語句,解釋內(nèi)容并執(zhí)行。在高潭口泵站工程中，由于采用多種控制方式，如遙控與就地控制。如果采用遙控指令方式啟機(jī)，必須有啟動(dòng)允許信號(hào)傳遞給控制每臺(tái)泵

16、的plc。啟動(dòng)允許邏輯框圖見圖4。在工控機(jī)中的ifix 中操作遙控開機(jī)指令，通過通訊電纜把該指令的數(shù)據(jù)傳輸給輔機(jī)屏，如果供水泵、上下壓氣機(jī)、油壓裝置、頂轉(zhuǎn)子油泵、真空泵在遙控位，plc 馬上發(fā)指令讓這些設(shè)備啟動(dòng)，通過反應(yīng)信號(hào)如管道水壓、氣壓、油壓正常信號(hào)反應(yīng)給輔機(jī)屏的plc，尤其做出邏輯判斷，如果條件滿足賦值給該柜中plc 的一個(gè)輔助繼電器m，并輸出一個(gè)開關(guān)量q(啟動(dòng)允許標(biāo)志 )給 10 臺(tái)就地控制柜的plc。這樣在每臺(tái)泵的就有了一個(gè)外部允許條件，當(dāng)要啟動(dòng)的泵的狀態(tài)滿足條件，可以在上位機(jī)即工控機(jī)發(fā)要開特定泵的開機(jī)指令。輔機(jī)屏局部i/o分配表見表 1。圖 4 啟動(dòng)允許邏輯框圖. . -. . .

17、 資料.圖 5 中的 m5 的值為工控機(jī)賦值的，表示為遙控標(biāo)志。當(dāng)它為“1時(shí)，觸發(fā)開關(guān)量輸出 y000y005 為“1，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的泵與氣機(jī)。當(dāng)供水泵啟動(dòng)后過一段時(shí)間供水母管的水壓力高于系統(tǒng)設(shè)定的值壓力開關(guān)動(dòng)作，其常閉點(diǎn)閉合，此時(shí)開關(guān)量輸入x000 為接通狀“ 1。其余設(shè)備類似，當(dāng)x000、x010、x012、 x015、x020 和 x022 均為“ 1，此時(shí)開關(guān)量輸出y010 為“ 1 、輔助繼電器m10 為“ 1。啟單臺(tái)泵的程序需經(jīng)過一系列的邏輯判斷和運(yùn)算，調(diào)整到啟動(dòng)準(zhǔn)備狀態(tài)后在工控機(jī)上發(fā)開機(jī)指令，流程圖見圖6。表 1 輔機(jī)屏 i/o 輸入 / 輸出節(jié)點(diǎn)表局部輸入輸出序號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)名稱序號(hào)節(jié)點(diǎn)

18、號(hào)名稱1 x000 供水母管壓力正常1 y000 啟動(dòng)供水泵2 x010 低壓氣壓力正常2 y001 啟動(dòng)低壓氣機(jī)3 x012 高壓氣壓力正常3 y002 啟動(dòng)高壓氣機(jī)4 x015 油壓母管正常4 y003 啟動(dòng)油壓裝置5 x020 頂轉(zhuǎn)子油泵在運(yùn)行狀態(tài)5 y004 啟動(dòng)頂轉(zhuǎn)子油泵6 x022 真空泵在運(yùn)行狀態(tài)6 y005 啟動(dòng)真空泵7 y010 遙控啟動(dòng)允許8 m10 遙控啟動(dòng)允許標(biāo)志. . -. . . 資料.以上僅為單臺(tái)泵的啟動(dòng)流程，供水泵和其它泵、風(fēng)機(jī)的流程雖各有異同，但都可以通過plc 的編程來實(shí)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)功能。限于篇幅,上述內(nèi)容此處不再詳述。對(duì)于溫度巡檢儀而言，它只負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)通過rs485口傳輸給工控機(jī)，在上位機(jī)顯示。 而報(bào)警動(dòng)作直接通過硬接線送至對(duì)應(yīng)的就地控制柜的plc 輸入節(jié)點(diǎn)， 參與泵的啟停、故障控制判斷。5結(jié)語以 plc 為核心的泵站自動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)泵、 閥等設(shè)備啟動(dòng)或停機(jī)的自動(dòng)控制,到達(dá)了運(yùn)行的高度自動(dòng)化。具有編程容易,程序改變靈活,操作簡(jiǎn)單 ,工作可靠 ,控制精度高 ,抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。而且系統(tǒng)構(gòu)造緊湊,節(jié)省能耗