PLC 在城市排水系統中的應用

王玉湘WANG Yu-xiang

（沈陽航空職業技術學院，沈陽 110034）

（Shenyang Aeronautical Vocational College，Shenyang 110034，China）

0 引言

隨著計算機技術的飛速發展和普及，工農業生產和人民生活發生了巨大改變，過去傳統的控制方式正逐步被計算機控制所取代，從而節省了大量的人力、物力和財力，特別是在控制精度和控制手段上實現了飛躍發展，人機對話，影像控制等均被引用到人們的日常生產和生活之中。在對某市排水工程的改造中，便引用了這方面的控制手段，實現了具有傳感器檢測、視頻監控、主控室遙控等功能。

城市排水是現代化城市不可缺少的重要基礎設施，對城市的建設和經濟發展具有全局性、先導性影響的基礎產業，是城市水污染防治和城市排漬、排澇、防洪的重要工程。城市排水設施包括：接納、輸送城市排水的管網、泵站、溝渠、起調蓄功能的湖塘、河道以及污水處理廠、污水污泥最終處置及相關設施。城市排水設施是衡量現代化城市水平的重要標志，是改善城市投資環境的重要環節。下面介紹的是基于ADSL 寬帶網和PLC 串口通信進行數據傳輸污水排放遠程監控系統。目前，ADSL 寬帶網絡通信技術已在各行業得到成功應用，城市污水排放遠程監控管理系統是通過對污水排放系統的污水水位、水泵啟停、用電量等進行監測、控制及遠傳等手段，實現對污水排放有效的遠程監控管理及控制，通過它可以全面地了解城市污水排放系統的運行狀況，保證城市污水排放系統安全合理的運行，并可根據運行數據進行城市污水排放的規劃和科學調配，為排水部門科學管理提供準確、有效的重要數據。

1 工程改造的目標分析

1.1 改造前狀態

①指揮調度監控中心（主站）與各污水排放站（從站）通過電話了解現場污水排放情況，并下達指揮命令。

②污水排放站（從站）電機運轉狀態、水位靠現場人工目測檢測。

③現場污水排放量統計和匯總，靠人工統計、匯總。

1.2 改造后狀態

①指揮調度中心集中監視（主站）。

②各排放站（從站）電機運行狀態上傳監控中心。

③污水排放量統計和匯總上傳監控中心。

④日報表、月報表自動生成并上傳監控中心。

2 改造方案設計

針對目前狀況，采用ADSL 寬帶網與現場PLC 和視頻服務器進行數據傳輸污水排放監測系統方案。

系統由監控中心（主站）和n 個污水排放站（從站）組成。從站實現數據和圖象采集、存儲及上傳。從站對污水水位、水泵電流、啟／停狀態、超限報警等信號進行采集及處理，采集數據通過網絡傳送到主站，該系統可以對污水排放站進行連續24 小時自動監控。操作人員在監控中心（主站）可以看到n 處從站的各項運行數據，對從站運行情況實現實時監控和管理。

2.1 系統組成 根據n 處從站現有情況和要求，本系統采用集散式結構，通過監控中心（主站）向污水排放站（從站）發布各種控制指令。系統流程框圖如圖1 所示。

圖1

其中，監控中心（主站）由服務器、通訊終端、監控軟件、打印機、監控操縱臺等組成。污水排放站（從站）由服務器、路由器、PLC、一次測量儀、采集控制箱等組成。

計算機選用普通計算機即可，系統通過寬帶網絡同污水排放站的PLC 控制器進行數據實時交換，現場采用圖像采集和傳感器控制系統，對數據進行實時采集和處理。設備的運行狀態可以在監控中心（主站）進行實時監視。軟件系統具有對各系統運行參數存儲、分析、報表輸出/打印等功能。

2.2 方案特點

①采用西門子S7-200PLC，具有抗干擾能力強、運行穩定可靠，系統數據傳輸率高，誤碼率低等特點；

②采用觸摸屏實現人機對話，操作簡便，顯示直觀形象；

③軟件功能強大，可滿足不同用戶需求；

④系統采用高性能的監控單元，性能穩定，具有擴展功能。

2.3 方案實施 由于各現場情況和控制要求基本相同，因此以其中一個從站來分析并制定改造方案，完成電路設計，選取相應的器材，進行現場安裝、調試。最終完成全部n 個從站的改造。

2.3.1 現場情況概述 該站具有進水池2 個，進水池水位范圍為0～4 米，進水池配六臺軸流式污水泵，組成一套排水系統。其中四臺水泵型號：20ZLB-70 額定流量：4795M3/h 水泵額定揚程：7.23 米 配套電機型號：JSL12-8電機額定功率：155KW 工作電壓：380V/AC。另兩臺水泵型號：900HD-8 額定流量：11950M3/h 水泵額定揚程：9.0米 配套電機型號：JSL1510-10 電機額定功率：400KW工作電壓：5000V/AC。

設備配置：

攝像機2 臺（定點1 臺，動點1 臺）

液位變送器2 個（4～20mA）

電流變送器6 臺（其中4 臺150A，2 臺400A）

2.3.2 電氣原理設計介紹

信息采集：

①液位信息采集。液位信息通過污水池上的液位變送器，把液位高度變換成4～20mA 的模擬信號，并送入PLC 中的EM231 模擬量轉換模塊，將模擬信號變換成數字信號進行數字處理。運算后，將數據結果存入PLC 內部存儲器。

②電機運行狀態信息采集。電機運行狀態通過AS1～AS6 六個繼電器分別連接到六個主泵電機的主接觸器線圈上。當某主接觸器得電吸合（既某泵電機運行），對應的某繼電器（AS1～AS6）得電吸合，并利用繼電器對應的觸電接到PLC 的輸入端（I0.0～I0.5），既把某主泵電機運行狀態信號送入PLC，通過PLC 內部檢測，以“0”或“1”的形式送入PLC 內部存儲器。

③泵電機電流信息采集。通過電流變送器將泵電機的實際工作電流變換成4～20mA 的模擬量信號輸入到PLC的EM231 模擬量模塊中，通過轉換將模擬信號變換成數字信號，在進行運算、處理后，將運算結果存入PLC 內部存儲器。

④流量和匯總信息采集。PLC 將內部的泵電機運行狀態、泵電機運行電流及泵運行流量數據進行運算處理，將運算后的流量和匯總存入PLC 內部存儲器。

⑤圖像信息采集。圖像信息通過現場攝像頭將圖像信息送入到視頻服務器進行數據處理。

2.4 信息傳送 PLC 將內部存儲器所得到的水池液位、泵運行狀態、泵電機電流、污水流量、和匯總數據以串口通訊方式傳送給視頻服務器。視頻服務器再把數據信息、圖象信息傳送到ADSL 網絡，實現數據上傳。

2.5 軟件程序說明 網絡1 是PLC 啟動時調用的初始化子程序；網絡2 是數據采集進行濾波處理子程序；網絡3 是調用流量運算處理子程序；網絡4 是串口通訊初始化程序。在程序中0 指令為接收信息完成中斷，當PLC 串口0 接收信息完成（或閑置）時，主程序中斷去執行中斷0 程序；在程序中1 指令為發送信息完成中斷，當發送信息完成時，主程序中斷去執行中斷1 程序。網絡13～24 為1#～6#泵運行狀態程序。用位存儲器V1402.0～1402.5 儲存泵運行狀態。網絡25，26 為1#2#污水池液位運行狀態。用位存儲器V1461.0，V1461.1 儲存液位運行狀態。網絡27～41為1#～6#泵流量測量值、1#2#池液位測量值運算，并將結果分別存入存儲器VD1400～VD1430、VD1462～VD1466。網絡42 為匯總瞬時流量。把各泵單位時間流量相加產生單位時間瞬時流量，并存入VD1478 存儲器。網絡43 為匯總累積流量程序。既把瞬時流量折算成匯總累積流量值（該站總流量），并存入VD1482 存儲器中。

2.6 程序實現過程 當PLC 串口閑置（或發送信息完成）時，并且SM87.7 允許接收，主程序網絡8 工作，并把接收到的信息存入到PLC 的內部存儲器以VB1600（50 個字節）為開始的地址中。當接收信息完成時產生一個中斷，程序由主程序轉到執行中斷0 程序中（網絡5 中斷0）。在中斷0 中進行接收信息比較（既協議效驗），如果協議正確，V20.0 位置位，網絡11 中T63 定時器經過0.8 秒延時導通；網絡12 中M0.0 置位，V20.0 復位；網絡9 中M0.0 導通，SM87.7 復位（禁止接收信息），并允許發送信息，既把存儲器以VB1400～VB1499 地址內容（泵運行狀態、液位狀態、水泵流量及匯總流量數據）上傳到視頻服務器。當信息發送完成后產生一個中斷，去執行中斷1 程序，首先把接收地址清零，然后再接收新指令信息，周而復始重復上述工作過程。

視頻服務器接到信息后再上傳到ADSL 寬帶網絡；監控中心（主站）再從ADSL 網絡接收各從站上傳的數據，并還原成數據、圖像信息以實現信息從從站到主站傳輸的全過程。

3 結束語

這項改造已經投入使用，性能穩定可靠，電氣故障幾乎為零，受到用戶的好評。通過參與這項改造，不僅把所學知識用于社會，也從中鍛煉了自己。通過此項改造，解決了某市排水工程的急需，完成一件造福社會的工程。

[1]程子華.視頻學工控—觸摸屏應用技術[M].人民郵電出版社,2010,6.

[2]張揚.S7-200PLC 原理與應用系統設計[M].機械工業出版社,2007,7.

[3]西門子S7-200 編程手冊.

[4]MD304L（eView）文本顯示器編程手冊.