SIEMENS SIMATIC S7-300 PLC 在排水泵站

1、. SIEMENS SIMATIC S7-300 PLC 在排水泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 排水泵站（下簡稱泵站）作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。從目前國內(nèi)大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當(dāng) 落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。 在電氣控制上，自動化監(jiān)控程度低，大部分的泵站僅有單級的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是手工操作。泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對市政建設(shè)和管理提出了更高的要求。所以必需對現(xiàn)有泵站控制和管理進(jìn)行改造和完善。向國外無人化泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達(dá)到減員增效和提高管理水平的目的。該項(xiàng)目是以

2、上海市浦東新區(qū)塘橋泵站為實(shí)施對象，進(jìn)行整個(gè)泵站的自動化監(jiān)控和管理的改造。2.泵站工況概述塘橋泵站位于上海市浦東新區(qū)塘橋路黃浦江邊，該泵站主要用于附近地區(qū)的污水排放處理和防汛抗?jié)?。服?wù)面積240公頃，總排水量為13.8米3/秒。2.1設(shè)備分布同大部分的泵站一樣，其設(shè)備分布平面圖如下（圖1）所示。進(jìn)出水閘門：用來防止黃浦江江水倒灌和泵站維修。集水池：地下管道的污水匯集在此集水池，集水池被不銹鋼格柵分成內(nèi)外區(qū)，污水由內(nèi)區(qū)流經(jīng)格柵除污后，到外區(qū)排入黃浦江中。集水池內(nèi)外區(qū)邊安裝有超聲波液位儀用來檢測內(nèi)外區(qū)水位和水位差。除污機(jī)：泵站裝有鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī)2臺，除污機(jī)用于把附于格柵上的垃圾和污物從集水池

3、中提出來處理。變壓器房：為保證泵站的可靠工作，泵站建有兩座800KVA電力變壓器。電力變壓器安裝有溫度監(jiān)控器監(jiān)測三相溫度，當(dāng)溫度超限能自動啟動風(fēng)機(jī)降溫和報(bào)警。水泵房：塘橋泵站安裝了六臺180 kW的軸流水泵；在存水房裝有水位檢測器?？刂乒穹浚悍績?nèi)裝有進(jìn)線柜2臺（柜1，13）；功率因素補(bǔ)償柜4臺（柜2，3，11，12）；泵開關(guān)柜（柜4-6，8-10）和聯(lián)接柜1臺（柜7）。黃浦江邊出水閘門 水泵房 存水房 泵1 泵2 泵3 泵4 泵5 泵6 控制柜房 柜1 。 。 。 。 。 。 柜13 高配間 除污機(jī) 除污機(jī) 控制室 變壓器房 集水池 液位計(jì) 變壓器房 進(jìn)水閘門 地下污水管道 圖12.2控制要求

4、以塘橋泵站為設(shè)施對象，進(jìn)行整個(gè)泵站的自動化監(jiān)控和管理的改造。改造泵站的水泵控制開關(guān)柜，使之具有就地和遠(yuǎn)程控制的功能。改造泵站的功率因素補(bǔ)償柜，能實(shí)現(xiàn)就地自動補(bǔ)償和遠(yuǎn)程電網(wǎng)監(jiān)控。改造泵站的變壓器房對于變壓器A，B，C三相溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示，高溫報(bào)警等功能；建立泵站的控制室，對泵站實(shí)施三級控制，在控制室內(nèi)設(shè)置自動化監(jiān)控操作臺和信號處理柜。采用SIEMENS的S7-300系列PLC，對整個(gè)泵站實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)控 ，水泵將根據(jù)泵的狀態(tài) ，水位，雨量，電網(wǎng)狀況，閘門位置等工況自動投切。通過對水位差的檢測，提示或自動投切除污機(jī)。采用高性能的10英寸真彩LCD觸摸式顯示屏，對整個(gè)泵站進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控管理，故障報(bào)警，工

5、況記錄和報(bào)表打印。預(yù)留通信接口，可通過電話線路或DDN網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳送。3.硬件系統(tǒng)構(gòu)成 根據(jù)以上要求，我們開發(fā)研制了下述這套塘橋泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖2。 主要 的配置如下。31 PLC配置泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根據(jù)系統(tǒng)要求 ，PLC總體配置如下： 中央處理模塊（CPU）：選用CPU314，內(nèi)存RAM擴(kuò)展到64K。 數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用SM321,共8塊（16點(diǎn)/塊）。處理128點(diǎn)輸入信號。 數(shù)字量輸出模塊（DO）：選用SM322,4塊為16點(diǎn)/塊，4塊為8點(diǎn)/塊。處理96點(diǎn)輸出信號。 模擬量輸入模塊（AI）：選用SM

6、331,共3塊（8點(diǎn)/塊）。處理24點(diǎn)輸入信號。 通信模塊：選用CP340,共2塊，1塊為RS232接口，1塊為RS485接口。PLC采用了四個(gè)框架，在RTU信號柜內(nèi)有三個(gè)，其中一個(gè)為備用擴(kuò)展框架；另一個(gè)在操作臺內(nèi)，通過IM361擴(kuò)展連接，這樣簡化了接線，大大地提高可靠性。32觸摸屏配置觸摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI（當(dāng)時(shí)SIEMENS還沒有此類HMI）來 實(shí) 現(xiàn)上述要求。HMI是以RS232接口與PLC的CP340連接，采用SIEMENS的3964R的協(xié)議完 成 通信。33電網(wǎng)監(jiān)控配置電網(wǎng)監(jiān)控采用法國SOCOMEC公司的DIRIS M型的電量監(jiān)控器，可檢測三相四線制 的相電

7、壓，線電壓，相電流，零線電流，有功無功功率，功率因素，頻率及相應(yīng)的最大值。監(jiān)控器以RS485接口采用MODBUS協(xié)議與PLC的CP340連接，傳送電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。因?yàn)楸谜臼遣捎?雙路電網(wǎng)進(jìn)線，故應(yīng)用了兩套電量監(jiān)控器，分別安裝兩側(cè)進(jìn)線柜上。其他的裝置的信號都是通過數(shù)字量或模擬量點(diǎn)出點(diǎn)入與PLC連接。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò) 控制室 現(xiàn)場設(shè)備 圖24軟件監(jiān)控實(shí)現(xiàn) 塘橋泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要有兩部分：PLC監(jiān)控軟件和觸摸屏圖控軟件。 PLC監(jiān)控 軟件由幾大模塊組成。41系統(tǒng)檢測和故障處理模塊系統(tǒng)檢測處理所有的輸入信號，根據(jù)具體情況將作出不同響應(yīng)。處理的信號有：六臺泵電機(jī)的溫度和振動；進(jìn)出水閘門狀態(tài)；存水房液位；

8、防火防盜安全；兩臺電源變壓器溫度；雨量；四臺功率因素補(bǔ)償柜工況；電網(wǎng)工況（電壓欠壓和過壓監(jiān)控；三相電流過載監(jiān)控；缺相監(jiān)控；三相不平衡監(jiān)控；功率過載監(jiān)控；功率因素監(jiān)控；電量累計(jì)）；污水池水位等。系統(tǒng)故障分類為三級:一級故障定義為最高級。當(dāng)發(fā)生此類故障，將禁止所有控制輸出。聲光報(bào)警，記錄打印，在顯示屏上顯示故障類型和解決方法。只有在排除故障，按人工復(fù)位鍵后系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。二級故障定義為次級。當(dāng)發(fā)生此類故障時(shí)將禁止故障點(diǎn)的控制輸出，系統(tǒng)作自動調(diào)正繼續(xù)當(dāng)前操作。故障報(bào)警和恢復(fù)同一級故障。三級故障定義位最低級。當(dāng)發(fā)生此類故障時(shí)，僅聲光預(yù)警，不中斷當(dāng)前操作。根據(jù)系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種故障實(shí)施相關(guān)的故障聲光報(bào)警

9、和記錄。此刻觸摸式顯示屏進(jìn)入故障報(bào)警畫面，顯示故障內(nèi)容，性質(zhì)，地點(diǎn)，時(shí)刻和解決方案，并打印。42除污機(jī)和排水泵的運(yùn)行處理泵站有兩臺除污機(jī),系統(tǒng)對除污機(jī)的工況進(jìn)行監(jiān)控。故障信號置位，置二級故障報(bào)警，由<系統(tǒng)故障處理>模塊處理。根據(jù)信號狀態(tài)點(diǎn)亮或熄滅有關(guān)指示燈。機(jī)同時(shí)在觸摸式顯示屏上顯示。當(dāng)除污機(jī)柜上的選擇開關(guān)選擇遠(yuǎn)控，操作臺在泵自動運(yùn)行前，先進(jìn)行排污操作。采用水位差檢測，則根據(jù)水位差標(biāo)志實(shí)施自動排污。在自動排污時(shí)，先在現(xiàn)場聲光預(yù)警，再運(yùn)行裝置。 泵啟動柜有六臺與操作臺相聯(lián)進(jìn)行控制。當(dāng)故障信號置位，置二級故障報(bào)警，由<系統(tǒng)故障處理>模塊處理。根據(jù)信號狀態(tài)點(diǎn)亮或熄滅有關(guān)指示燈

10、。 當(dāng)泵開關(guān)柜上的選擇開關(guān)選擇遠(yuǎn)控，在操作臺上可實(shí)施四種泵運(yùn)行方式：手動方式；自動方式；預(yù)抽空方式；檢修方式。在操作臺上對每臺泵設(shè)置有各自的狀態(tài)指示燈；手動操作按紐和選擇開關(guān)。單臺泵的選擇開關(guān)有四檔：停止；檢修；手動和自動。當(dāng)設(shè)置手動檔時(shí)可實(shí)施手動或預(yù)抽空操作。在自動檔時(shí)則允許該泵進(jìn)入系統(tǒng)自動運(yùn)行組態(tài)。在系統(tǒng)操作上設(shè)置有三檔的選擇開關(guān)：停止；自動和預(yù)抽空。<停止>禁止所有泵的運(yùn)行；<自動>允許單臺泵選擇開關(guān)設(shè)置在自動檔的泵進(jìn)入自動運(yùn)行組態(tài)。<預(yù)抽空>允許單臺泵選擇開關(guān)設(shè)置在手動檔的泵預(yù)抽空運(yùn)行。泵的啟動和停止要延時(shí)依次投入和退出。泵的基本聯(lián)鎖條件：A.一級故

11、障，電源故障禁止所有泵運(yùn)行；B.泵電機(jī)故障，泵啟動柜故障禁止對應(yīng)泵運(yùn)行；C.泵的不同運(yùn)行要附合上述泵啟動柜，操作臺之間的正確設(shè)置；D.水位聯(lián)鎖。當(dāng)滿足上述不同聯(lián)鎖條件，泵可進(jìn)入手動，檢修,預(yù)抽空或自動運(yùn)行。在泵自動運(yùn)行時(shí),要根據(jù)水位點(diǎn)和水位區(qū)來確定需運(yùn)行的泵數(shù)；判斷能投入自動組態(tài)的泵是否滿足上述要求，如不滿足，則故障報(bào)警；如可組態(tài)的泵多于所需投入運(yùn)行的泵，則依據(jù)這些泵運(yùn)行時(shí)間累計(jì)數(shù)小的泵投入運(yùn)行。隨著水位降低，逐步退出當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間最長的泵。43數(shù)據(jù)處理和人機(jī)界面處理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：泵啟動柜交流接觸器動作計(jì)數(shù)；泵運(yùn)行時(shí)間累計(jì)；泵站排水量累計(jì)；降雨量累計(jì)；用電量累計(jì)。數(shù)據(jù)設(shè)置：水位值，水位差值和流量值設(shè)置；變壓器的溫度和瓦斯值設(shè)置；雨量值設(shè)置；泵電機(jī)的溫度和震動值設(shè)置；電力參數(shù)設(shè)置；防盜有效與否設(shè)置。與觸摸式顯示屏的數(shù)據(jù)通信：觸摸式顯示屏采用工業(yè)級人機(jī)介面。主要完成下列任務(wù)：泵站運(yùn)行監(jiān)控；故障報(bào)警,記錄和排除提示；參數(shù)設(shè)置；模擬鍵盤操作；數(shù)據(jù)記錄處理；工藝曲線顯示；工況模擬顯示；泵站概貌顯示。打印機(jī)打印處理：故障隨機(jī)打??；運(yùn)行狀態(tài)打??；參數(shù)設(shè)置打??；工作報(bào)表打印；動態(tài)曲線打印；設(shè)備狀態(tài)打??；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)打印；顯示屏幕打印。5結(jié)語 塘橋泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)自1998年改造至今已近兩年，正常運(yùn)行證明：整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理 先進(jìn)；操作簡便；可靠性高；完全符合用戶預(yù)期的要求，將推廣應(yīng)用