泵站自動化系統的應用

吳愛春

阿城繼電器股份有限公司，黑龍江哈爾濱 150302

0 引言

泵站自動化系統是泵站綜合自動化系統的一個組成部分物。我公司的ARB8000泵組自動化系統主要完成對水泵導葉、勵磁系統、斷路器、蝶閥、油壓裝置、空氣壓縮系統、冷卻水系統、冷卻水濾過器及排污閥和供水閥、軸密封冷卻水濾過器、制動閘等設備進行程序控制，從而實現泵組的起機、停機等自動控制及調節功能，而且通過泵站層監控微機能實現機組所有控制設備的遙控操作。對于多臺機組泵站的油壓裝置、空氣壓縮系統、集油箱油泵、滲漏排水泵、頂蓋排水泵一般在公共控制屏上采用PLC控制。

1 特點

1）采用國際著名廠商的可編程控制器和出口中間繼電器，可靠性高，抗干擾強，可在惡劣環境下長期穩定地工作；2）可擴展性強，當現場設備控制方式改變時，可方便地修改控制方式和擴充控制設備I/O；3）可維護性強，系統有較強的自診斷性，當系統出現故障時，自動給出故障類型和故障部件，并自動退出故障設備的運行；4）實現泵組的自動控制與操作，減輕運行人員的勞動強度，提高操作的安全性，增強系統的穩定性；5）自動采集現場的各種狀態開關量和模擬量，通過以太網或現場總線送往當地控制主站供存儲和打印及同上級調度系統交換信息；6）可控制常規或微機勵磁；7）可與當地控制主站配合實現泵組的“三遙”功能。

2 分類

按程控器個數分為單機型、雙機熱備型兩種；按控制類型分為中控室集中控制、就地分散控制兩種。

3 構成及功能

泵組自動化系統由泵組控制屏、輔機控制屏、公共設備控制屏等組成。

3.1 泵組控制屏

泵組控制屏由泵組保護測控、溫度巡檢裝置、可編程控制器、出口中間繼電器、常規顯示儀表、控制開關、信號燈、直流電源裝置等組成，如果需要可配一體化工控機，便于實現網絡化。

3.2 泵組控制

泵組控制分為手動或自動分段程序操作，可以實現起動準備、開蝶閥、開導葉、加勵磁、正常停機等功能。

當操作人員現地或遠方發出啟機命令后，首先檢查機組是否滿足啟機條件，如果啟機條件不滿足，則給出現地信號和遠方信號，操作命令自動撤消，當起機條件滿足時，程序按步驟執行，控制勵磁投入運行。當某一元件發生故障使操作程序不能繼續執行時，則發出信號，定位故障，操作命令自動撤消。

4 可編程控制器PLC

可編程控制器（簡稱PLC）是直接對生產過程進行控制的控制系統，按照在PLC機存貯器內存貯的程序，PLC從所連接的輸入設備上采集數據，然后再利用這些數據監控被控制的系統。當程序要求進行控制時，PLC機就把控制數據輸出到所連接的控制設備上，使控制設備完成相應的功能。PLC不僅可以完成簡單、重復的控制任務，而且通過通訊模塊和上位計算機相連，還可以對一個復雜的控制過程實現集中控制。

4.1 功能

泵站機組程序控制裝置采用可編程控制器PLC為控制主機，PLC系統由CPU模塊、通訊模塊、存貯器卡、I/O模塊、AD/DA模塊、電源模塊、機架、編程設備等構成。可實現機組起停、斷路器及輔助設備的控制。

4.1.1 開關量輸入

開關量輸入信號包括控制操作信號（如程序選擇開關、實施按鈕、停機、事故停機等）和現場傳感器信號（如流量、壓力、液位、溫度、位置及其它設備行程開關信號等）。

4.1.2 開關量輸出

由PLC模塊輸出的大部分信號需經過中間繼電器隔離擴展后，分別去蝶閥、勵磁、制動閘、吸塵器、冷卻水、空壓機、油壓系統等設備控制箱，并發出起停等控制信號。

4.1.3 通訊功能

利用通訊口RS-422/485、CANBUS或以太網，機組起停控制的全過程直接從上位機讀出、操作、記錄、打印。

4.2 PLC的特點

1）可靠性高，平均無故障時間（MTBF）不小于3×104h；2）抗干擾能力強，可在惡劣環境下正常工作；3）輸出可不加中間環節，直接控制電磁閥和接觸器；4）采用梯形圖編程，易于掌握；5）體積小，模塊化結構，易于擴展；6）可與上位計算機通訊，構成計算機監控系統。

4.3 應用實例

由于PLC種類很多，現僅以施耐德公司的Quantum系統為例對自動化系統做以簡要說明。

Modicon TSX Quantum系統是具有數字量處理能力的專用計算機系統。Quantum具有模板化、可擴展的體系結構，用于工業和過程控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板、I/O接口、通訊模板、AD/DA模塊、存儲器卡、電源和底板等。

CPU是位于Quantum 本地I/O底板上的一個CPU模板。CPU是一種數字化的電子操作系統，它使用用戶保存在可編程存儲器中的指令進行操作。這些指令用于實現一些專用功能，諸如邏輯、過程控制、算術運算等，以通過數字量和模擬量輸出對不同類型的設備裝置和過程進行控制。

I/O模板是電氣信號轉換器，它將送至和來自現場裝置的信號轉換成CPU能夠處理的信號電平和格式。

電源模板用于向底板上的所有模板供電。根據系統的配置，電源有獨立電源、獨立可累加電源、冗余電源三種可選模式。

網絡接口模板有9種網絡接口模板，RIO主站和分站模板使用基于S908的聯網I/O配置。可通過單或雙同軸電纜通訊，最遠可達1500英尺。

DIO通過Modbus Plus網實現。CPU或NOMS模板可以它們的Modbus Plus端口作為網絡主站。

以太網TCP/IP模板使得Quantum控制器與采用TCP/IP事實上標準協議的以太網上的設備進行通訊成為可能。

5 結論

泵組自動化系統的優化，可使1個或多個泵站實現最優化的運行，大大減少泵站的電能損耗，從面了提高泵站的運行效率和自動化水平，減少運行檢修人員的勞動強度，真正實現“減員增效”的經濟目標。

[1]問澤杭，張合朋.泵站綜合自動化系統若干問題的探討[J].中國農村水利水電，2002.

[2]陳虹，唐鴻儒.大型泵站綜合自動化系統方案研究[J].中國農村水利水電，1998.