基于PLC 技術的水利泵站自動化運行控制

李兆吉

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225000）

目前水利泵站的自動化水平逐漸提升，充分利用目前快速發展的信息技術，改變了傳統的生產模式，PLC 技術在其中得到了較為廣泛的運用。該技術提升了泵站自動化處理效率，具有較為廣闊的運用空間。

1 PLC 技術

PLC 即編程邏輯控制器，全稱為Programmable Logic Controller。其功能構成包括定時、基本運算、存儲、邏輯運算等，能夠在生產過程中實現多種操作，用戶在使用過程中具有較強的靈活性，可結合自身需要進行編程。采樣錄入、執行操作、完成刷新共同構成了PLC 自動控制系統功能的實現步驟[1]。

2 PLC 在泵站自動控制系統中的應用探析

2.1 PLC 選型

PLC 運用過程中具有多種性能、指令系統、價格、結構形式、編程方式等，應當結合實際需求選用最佳的設計方式。在選擇PLC 時，考慮的因素有PLC 容量、電源模塊、通信聯網能力、PLC 機型、I/O 模塊、特殊功能模塊等。本次采用Rockwell Allen-Bradley 的PLC 機型，建成為AB 機型，具體為ControlLogix5000 系列PLC。

ControlLogix5000PLC 包括Logix5563、Logix5555 兩種處理器，Logix5555 處理器為1756-L5 型號CPU，能夠結合使用需求分 別 擴 展 至 1756-L55M22、1756-L55M23、1756-L55M24、1756-L55M26 內存。Logix5563 處理器包括1756-L63 型號CPU，內存8M，具有1756-L62、1756-L61 的處理器，支持RSLOGIX5K V12[2]。

本次ControlLogix 控制器設置過程中采用了1756-L61模塊，使用中能夠進入至ControlLogix 輸入輸出的所有槽位中，使得不同機架之間能夠互相獨立地操作。

1756-L61 控制器在通訊連接中采用了ControlNet、DeviceNet、DH+、RS-232-C（DF1/DH-485 協議）、EtherNet/IP 形式，泵站系統運行過程中，設置MV156-MCM 的PLC MODBUS 通信接口模塊，實現了PLC 對MODBUS 現場設備的有效連接，提升了PLC 通信能力，實現了PLC 和MODBUS 網絡之間的互聯。系統模塊選型與相應數量見表1。

表1 系統模塊選型與相應數量

2.2 PLC 技術在泵站系統中的運用總體設置

在泵站運行過程中要求設計主控室，包括PLC 柜、配電柜、上位機、視頻監控設備、保護裝置等。為了便于操作，在主控室中設置了上位機監控系統與PLC 系統。配電室由低壓配電室、高壓配電室兩個組成部分。傳感器、現場控制箱、相關儀器儀表運行中屬于低壓設備，主要由低壓配電室供電，部分系統運行過程中需要由高壓設備進行供電。PLC 控制系統結構見圖1。

圖1 PLC 控制系統結構圖

2.3 PLC 運用的程序流程

根據控制要求,水位到S1 時啟動一臺水泵運行,水位到S2時啟動兩臺水泵運行,到報警水位時三臺泵全部投入運行,水位回落到S0 時停止水泵運行,三臺水泵運行時間均衡,程序流程見圖2。

圖2 PLC 程序流程圖

PLC 通電后,由其第一個掃描周期內接通的特殊位寄存器SM0.1 將M0.0 置位，為自動運行做準備，當SA 在自動位置（I0.4 接通），且水位超過S1 時，若按動自動動按鈕則I0.5 接通,M0.0 復位為0，M0.1 置位激活，K1 得電吸合, 第一臺水泵投入運行；若這時水位超過了S2,則M0.1 復位為0,M0.2 置位,繼電器K1,K2 得電,第一、二臺水泵投入運行；若水位超過了報警水位S3,則M0.2 復位,M0.3 置位,第一、二、三臺水泵投入運行。

若在M0.1 狀態激活，K1 運行一段時間后，水位下降到停泵水位，S0 為OFF, 則其反狀態為1，M0.1 復位，M0.5 激活，K1失電，水泵停止運行；再過一段時間若水位上升到開第一臺水泵S1 時，則M0.5 被復位，M0.6 激活，K2 得電，物理意義上的第二臺水泵作為第一臺水泵投入運行。只有在雷雨季節集水井中水位才有可能超過報警水位S3, 也就是說,M0.3、M1.2、M1.7 被激活的幾率不高, 一般情況下最多只有兩臺水泵運行。從圖2可以看出,當水位升到需要開第一臺水泵或第二臺水泵時,程序總是會選擇“下一臺沒有開過的水泵”,而這個下一臺不是固定的,是在物理意義上的第一臺、第二臺、第三臺水泵間輪流,由PLC 來根據上一次運行情況判斷決定得出,這樣,實際上就成了三臺水泵互為備用,合理有效地利用了資源[3]。

3 PLC 控制系統運用分析

運行過程中要求加強對系統實際運行情況的全面分析與檢查。6 kV 主機PLC 主站運行過程中要求進行相關檢查，檢查項目包括設備規格型號、并開箱檢查，判斷產品說明書、合格證、資料和附件是否齊全，外觀有無損傷等，緊固件是否松動等。進行手動試驗，確認盤面觸摸屏顯示正常，操作靈敏，空開分合閘靈活、可靠。進行靜態試驗，確認輸入、輸出開關信號正確、中間繼電器動作正常。確保接地/接零牢靠，滿足設計要求，符合規范規定，接地電阻小于4 歐姆。輸入、輸出信號正確，返回信號準確；輸出動作正常，反應靈敏。上位機通訊：以太網，速率10 M，數據傳輸正常。

例如在江都三站運行過程中采用了以上PLC 拓撲結構形式，見圖3。加強1#～4#6 kV主機開關量控制。進行電氣試驗，確保絕緣良好，接地保護牢靠，設備性能滿足設計要求，符合規范規定。輸入、輸出信號正確，返回信號準確；輸出動作正常，反應靈敏。模擬量輸入信號正確，采集數值準確。輸入信號、輸出控制正常，數據反饋正確、及時、無異常。PLC主站通訊：同軸電纜網絡，速率1.544 M，數據傳輸正常。進行5#～8#6kV主機開關量控制。

圖3 江都三站PLC 拓撲圖

江都三站PLC 運行過程中采用了Unity Pro 設計形式，Unity Pro 提供了以下用于創建用戶程序的編程語言：功能塊FDB；指令列表IL；結構化文本ST；序列文本；所有這些編程語言可在同一項目中混用。這些語言都符合IEC6131-3。配置器窗口選擇模塊，然后用拖放操作直接以PLC 配置的圖形表示形式插入該模塊[4]。

進行聯動試驗，確保分合閘準確可靠，返回信號，帶負荷運行，確保輸入信號、輸出控制正常，數據反饋正確、及時、無異常。接線準確牢靠，標志清晰齊全、布線整潔、規范、美觀。對9#～10#6 kV 主機開關量遠程站、低壓配電開關量遠程站、現場模擬量遠程站、輔機開關量遠程站，也進行類似的項目檢查，要求盤面顯示正常，操作靈敏，空開分合閘靈活、可靠，輸出開關信號正確，中間繼電器動作正常。絕緣良好，接地保護牢靠，設備性能滿足設計要求，符合規范規定。接地/接零牢靠，滿足設計要求，接地電阻小于4 歐姆。輸入信號、輸出控制正常，數據反饋正確、及時、無異常。PLC 主站通訊：同軸電纜網絡，速率1.544 M，數據傳輸正常[5]。

4 主要功能描述

系統運行過程中對功能描述具有多項要求，主要功能包括圖解顯示、歷史記錄、報表維護、畫面打印、報警一覽、趨勢圖、信號一覽、系統狀態、用戶管理。按照圖解相應操作儀表與設備等，從而遠程控制現場設備。

歷史記錄中要求保存系統運行過程中的一些相關數據，提供信息變更與查詢依據，以此為設備管理與系統維護提供最基本的數據信息。包括運行/停止、設備和儀表故障、設備手動/自動、變更遠程/就地狀態、檢測數據超出報警設定范圍等，系統保留60 天之內的數據。用戶管理目的在于提升系統運行的安全性，對設備的運行情況進行集中而統一的管理。

5 結語

本文針對水泵系統采用PLC 技術進行了探索，提出采用組態軟件RSView32，設置相應的操作界面，并在系統運行中提供實時趨勢、歷史記錄、報警記錄、設備參數顯示等功能信息。以此充分展示出泵站運行過程中的相關數據，并對此提供反饋信息，以此優化泵站運行與維護。