基于上位機和PLC的泵房多種控制解決方案及應用

張西巍，儲招節，陸 勇，郭 明，羅以東

（安徽華菱星馬汽車（集團）股份有限公司 技術中心，馬鞍山 243061）

基于上位機和PLC的泵房多種控制解決方案及應用

張西巍，儲招節，陸 勇，郭 明，羅以東

（安徽華菱星馬汽車（集團）股份有限公司 技術中心，馬鞍山 243061）

華菱汽車在新生產基地建設中在水泵房采用了上位機+PLC的自動化集中控制系統設計，并針對其內多個系統不同的工藝和生產需求采用了不同的自動化控制解決方案，分區控制、集中管理，提高了系統的自動化程度，保證了所有設備根據生產和工藝需要自動調節、控制，保證最佳運行狀態，方便統一調度和集中管理，實現無人值守，同時節約了能源，取得了較好的經濟效益。

水泵房；上位機+PLC；多種解決方案；PID恒壓控制；壓力帶

0 引言

水泵房一直是重型汽車制造廠生產公用設施中一個重要的環節，以往的水泵房沒有集中控制系統，主要采用單一繼電器加接觸器的方式，由人工手動控制，這種控制方式自動化程度低，水泵的啟停及選擇切換等均需要人工完成，也做不到根據水位、壓力等參數自動啟停水泵；在管理上相當落后，水泵的管理、記錄和統計等都是手工完成，這已經遠遠不能滿足現有設備安全穩定運行、生產工藝要求及發展的需要，也極大的影響了水泵房系統的管理和經濟效益的提高。

為此，華菱汽車在新生產基地建設中在水泵房采用了上位機+PLC+儀表、傳感器的自動化集中控制系統設計，并針對其內多個系統不同的工藝和生產需求采用了不同的自動化控制解決方案，分區控制、集中管理，不僅有效的實現了資源共享，也提高了人員對設備的綜合調度能力，同時為公司信息化系統提供了數據采集依據，保證了所有設備根據生產需要自動調節和控制，保證了設備的最佳運行狀態，實現了無人值守，并確保安全運行。系統運行平穩故障率低，也降低了運營成本和能耗，取得了較好的經濟效益。

1 系統設計

水泵房自動化集中控制系統采用主控PLC+上位機的控制方式，由上、下位機組成主從式控制系統，通過以太網進行數據交換，設自動、手動兩種基本操作模式。

下位機PLC作為主要邏輯控制單元，選用AB CompactLogix 1769-L35E PLC，完成數據采集、狀態判斷、邏輯控制和信號輸入輸出等功能；系統上位機選用DELL公司產品，通過連接主控PLC的通訊模塊，上位機能夠對各泵組進行聯鎖控制、集中顯示整個泵站設備的工作狀態、各系統的液位、壓力等參數及故障報警，完成采集數據信息的存儲、分析處理，并用于狀態和現場操作顯示、運行參數顯示及I/O狀態顯示等功能（如圖1所示）。二者結合實現了對水泵房系統的實時監控，這種控制系統充分利用了上位機和PLC的各自特點，實現了優勢互補，具有很高的性價比。

圖1 上位機界面圖

同時在現場電氣柜上配置操作按鈕、警報燈、狀態燈等電氣元件，根據實際情況或維修需要，可實現就地操作，大大提高了水泵房自動化系統運行的可靠性。系統內配備以太網交換機，系統數據能經交換機通過光纖傳至中控室，實現遠程監控。

圖2 系統架構圖

系統控制對象為水泵，其中包含多系統的各類水泵，如消防水系統、焊裝循環水系統、涂裝循環水系統、空壓機循環水系統等，各系統之間相互獨立，每組水泵參數功率均不一致，工藝設計要求不同，啟動方式也略有不同，統一設計為：水泵功率小于18.5kW（不含18.5kW）的直接啟動，水泵功率18.5kW～37kW為星-三角起動，水泵功率37kW以上（含37kW）為軟起動器啟動，部分特別要求的采用變頻器方式啟動。每組泵體都配有獨立的閥門，管路經分支后匯總成一個主管，當泵組中的一個管路或是泵體發生故障時，可繼續啟用其他相關泵組，而不至于給水中斷，導致末端設備停機（如圖2所示）。

2 控制方案

系統在自動狀態下，可實現無人值守，由上位機監控顯示整體工作狀態、系統參數顯示及設置等，PLC檢測水位、壓力、溫度等信號，自動完成各泵組啟停、水池補水及冷卻塔風機、噴淋泵啟停等操作，泵房內每個系統都根據各自的工藝生產要求和工藝特殊性，采用了不同的自動化控制方案。

2.1 消防水系統控制

消防水系統是整個泵房所有泵組中要求最高、相對復雜的系統，由獨立的消防水池、超聲波液位計、穩壓泵（2臺）、消防主泵（2臺）、壓力傳感器、電接點壓力表、變頻器等組成。

系統采用了2套自動控制模式，正常情況下，系統采用PID恒壓控制模式控制穩壓泵和主泵，PLC通過管道壓力傳感器的反饋，利用變頻器控制穩壓泵，恒定管道壓力在0.82MPa，如果出現壓力低于0.72MPa，PLC再啟動主泵進行補壓（如圖3所示）；當壓力傳感器或PID控制故障時，PLC自動切換到利用電接點壓力表上下限壓力帶的方式來控制管道壓力；另在自動控制模式失效的情況下，還可以通過現場或者遠程手/自切換開關將系統轉為手動控制，這樣就完全保證了消防系統的可靠性和穩定性。

圖3 PID恒壓控制系統圖

系統還采用二路供電，兩套系統對立供電方式控制，設雙電源自動切換裝置。當一路供電故障或斷電時，另一路自動切換投入工作。

2.2 焊裝循環水系統

焊裝循環水系統主要用于焊機的冷卻循環水，支管多、水質要求高，采用閉式水循環系統，即循環水管路為封閉的，使用純水作為介質，僅通過閉式冷卻塔冷卻（不設水池），由臥式循環水泵（3臺）、電接點壓力表、軟啟動器等組成。

圖4 焊裝循環水控制系統圖

這三臺主泵設定為兩用一備，按時間順序互為主從，均通過軟啟動器啟動，采用電接點壓力表上下限壓力帶方式控制，即系統管道壓力控制在0.35MPa～0.25MPa之間，當實際值低于0.25MPa時，系統啟動1臺泵至工頻，如果壓力仍然不夠，系統會自動啟動后續的1臺泵，直到壓力值達到或超出上限壓力，系統則逐步停止后面的泵。空壓機循環水系統也采用了同樣方式（如圖4所示）。

2.3 涂裝循環水系統

涂裝循環水系統主要用于車間內設備空調冷卻循環水，采用開式循環系統，即循環水管路經過循環水池和橫流式冷卻塔，使用市政用水，由立式循環水泵（2臺）、電接點壓力表、軟啟動器等組成。

組內兩臺主泵設定為一用一備，按時間順序互為主從，均通過軟啟動器方式啟動，采用電接點壓力表上下限壓力帶方式控制，即系統壓力控制在0.4MPa～0.3MPa之間，當實際值低于0.3MPa時，系統啟動1臺泵至工頻，管道主管壓力上升，直到壓力值達到或超出上限壓力，系統停泵，如一直未能滿足壓力要求，系統水泵一直運行。

2.4 其他功能

冷卻塔啟停：PLC根據工藝生產所需設定溫度進行冷卻塔自動啟停控制，如實際溫度值高于設定值，則逐步增加冷卻塔的開啟數量，如實際值低于設定值，則逐步減少冷卻塔的開啟數量；控制冷卻塔時，會同時控制其進水管道閥門的開啟和關閉，要與循環水泵的開啟互為聯鎖關系；其中閉式冷卻塔還依據管道溫度情況，適時自動啟停噴淋泵以增強冷卻效果。

液位控制：通過超聲波液位傳感器對各水池液位進行實時監測，當水池液位處于低液位時，調節氣動閥門的開關，自動補水，使水位控制在相應液位值區。當水池液位低于警戒值時，停用所有水泵，并進行聲光報警。

水泵運行管理：根據水泵運行時間平衡原則，自動實現水泵的輪換工作，避免同一水泵長期使用，而其他水泵閑置，延長水泵運行壽命。

4 結論

本系統在華菱汽車新生產基地中的實際應用，完全改變了原有的水泵手動控制、管理落后、信息傳遞不暢的局面，基于上位機+PLC的自動化系統運行多種控制方案控制靈活，根據各工藝生產的不同需求自如分系統獨立控制、集中管理，編程、修改、調試方便，大大縮短了調試時間，提高了系統的自動化程度，降低了硬件的復雜程度，系統運行平穩，故障率低，提高了運行效率，實現了無人值守，降低了運營成本，提高了設備運轉的穩定性、可靠性和安全性，方便統一調度和集中管理，節約了能源，取得了較好的經濟效益，水泵房自動化集中控制多種解決方案也成為現代化汽車制造企業規劃建設的發展趨勢。

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A variety of control solutions and application of pumping station based on host computer and PLC

ZHANG Xi-wei, CHU Zhao-jie, LU Yong, GUO Ming, LUO Yi-dong

TB495

：B

1009-0134(2017)03-0032-03

2016-11-30

張西巍（1987 -），男，安徽馬鞍山人，工程師，本科，主要從事汽車工廠機電自動化控制系統及工廠信息化系統的設計和開發。