球团厂无人值守水泵站的设计与实现

陈君

摘 要 通过对冷却循环水系统的分析，结合实际运行经验，提出由设备运行自动控制系统和电视监控系统两大部分组成的无人值守泵站的设计思路及实现步骤，最后对实现效果进行总结。

关键词 自动控制系统；无人值守；PLC；电视监控

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0149-01

循环冷却水是工业生产过程中不可缺少的重要部分，尤其是球团厂这样热工设备较多，设备工作环境温度很高，设备负荷很重的情况，用循环冷却水强制冷却设备是保证设备正常运行必须条件，循环冷却水处理的好坏，水温的控制，水重复利用情况的好坏，对于降低能耗，降低生产成本，都有重要意义。

我厂循环冷却水系统目前由3个水池分别是热水池、冷水池、生活水池、两座冷却塔，一台加药机以及三组水泵和水路管道系统组成，工作流程如下。

工作泵从冷水池将冷水打到循环管路中送给工作现场各个需要冷却的设备，冷却水流经设备后通过回水管路返回水泵站，经冷却塔冷却后进入水池继续冷却，冷水池与热水池在池的底部相同，冷水由于比重较大在热水池的底部流入冷水池，当冷水池的水位较低时，启动补水泵，将生活水池内的新鲜水补充到冷水池内。

目前的设备运行情况是：操作人员在泵房值守，巡视点检设备，检查水池水位，根据水温情况开1-2个冷却塔，并根据水池水位情况给水池补水，加药。这种操作方式下由于水泵运行时噪声非常大人员的工作环境差，许多工作人员不愿到现场去检查设备，但这项工作又要求人员的工作责任心要很强，稍有疏忽，就会出现水池水位过低、循环水温高，设备冷却不好，水泵故障没有把水打到现场等情况的发生。

鉴于以上情况我们想通过一系列改造实现全自动无人值守泵站，无人值守泵站由：泵站设备自动控制系统和泵站电视监控系统两个主要部分构成。

1 泵站设备自动控制系统

1.1 控制要求，主要实现功能

在监控计算机上实现对所有的控制的参数设定和远程监控；水池液位、水温、管道水压、流量等参数和设备运行情况都能在计算机屏幕上动态显示。整个控制系统主要可实现如下功能：根据水池水位情况自动启动补水泵进行补水，当水位达到要求时自动停泵。根据水池水温情况实现对冷却塔的自动投运和切停。根据补入新水的流量自动统计计算出加药量，并自动启动加药机加药。根据水泵泵体温度和震动情况的实时监测自动报警、跳停设备提醒操作人员及时检修设备。对所有控制和检测的参数模拟量在上位机实现历史趋势存储、实时数据动态显示、打印和报警功能。

1.2 控制系统构成与配置

按照方便可靠，简单经济的控制的要求，选用工控计算机作为上位机进行监控， 利用 WinCC组态软件建立实时操作界面与下位机进行通信。采用西门子的PLC作为下位机进行程序控制，组态相应的专用模块实现对各种数据的处理以及与上位机的通讯。

硬件设备配置如下。

在现场增设电磁流量计2台分别显示出水和补水流量，所有水泵增加震动和温度检测仪表，三个水池都安装雷达物位计实时监测水位。在出水口和回水口安装水温检测热电阻。

下位机采用西门子公司的300系列PLC，CPU型号为CPU315-2DP，这种型号的CPU性能较突出，位操作和字操作时间分别是0.3 μs和1 μs，反应迅速。同时还内置了128个定时器和64个计数器，使用方便，与其配用的300系列模拟量、开关量及通讯等专业模块价格相对经济，对现场环境要求不高且皮实耐用。

上位机选用性能稳定，可长时间连续工作的工控机。操作界面用工控组态软件WinCC设计，控制程序用Step7软件编辑。WinCC与STEP7配合时，Step7中定义的变量可以在WinCC中直接使用可提高控制灵敏度和控制精确程度。另外，WinCC中的C语言脚本（Script）及提供的与数据库之间的接口能增加各种应用功能，能满足用户的复杂要求。

上位机与PLC之间通过交换机采用工业以太网络通信。整个硬件系统分三层布置，配置如下图。

1.3 控制程序要求及设计思路

1）控制程序设计成开放式，即在上位机设置参数输入窗口，工艺控制人员可以根据实际生产情况在上位机上直接设置控制参数，例如水池的水位、冷却循环回水温度、水泵报警保护跳停的震动及温度控制要求等。后台的控制程序调用窗口参数，经过数据处理形成控制输出，实现对现场设备的自动控制。

2）由于我厂水质硬度较高在冷却温度设备时容易结垢，一旦管道内的流速较小时容易造成管道的堵塞，软件中通过两种方法相结合控制这种情况的发生，一是根据冷却出水流量自动控制水泵变频电机的频率输出，保证管道内的流速。二是通过补水流量计算补水量，根据化验室水质化验结果加入相对应量的软化剂。

3）为保障现场重要设备的冷却效果，原则上不能轻易跳停水泵，水泵监控保护控制程序以报警为主，当到达警戒值时在上位监控画面跳出闪烁报警并鸣警铃。当监控参数在30内仍然高于警戒值时，跳停水泵同时启动备用泵。

2 电视监控系统

电视监控系统用于监控现场泵池内水泵及周边管道的运行情况，以便在无人值守时及时发现阀体、管道泄漏、闲杂人员进入工作区域等情况的发生。

电视监控系统的构成：四台摄像机安装在现场分别监控四个工作面，摄像机的视频信号集中进到一台8口的硬盘录像机内，要求录像机硬盘容量可以存储15天的视频录像，同时录像机具备以太数据输出口，监控信号通过控制系统的交换机一并传输给远方的中央控制室。在中央控制室安装大屏幕液晶显示屏实时显示现场情况。

3 结束语

通过对整个系统的分析，将无人值守泵站分成两大系统并分别实施不同的方案加以实现，将复杂的控制问题简单化，易于实现的同时，解决了实际问题。

参考文献

[1]翁维勤，孙洪程.过程控制系统及工程[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2]丁书耕.小型分布式控制系统的设计与实现[J].山东电力技术，1999（4）.endprint

摘 要 通过对冷却循环水系统的分析，结合实际运行经验，提出由设备运行自动控制系统和电视监控系统两大部分组成的无人值守泵站的设计思路及实现步骤，最后对实现效果进行总结。

关键词 自动控制系统；无人值守；PLC；电视监控

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0149-01

循环冷却水是工业生产过程中不可缺少的重要部分，尤其是球团厂这样热工设备较多，设备工作环境温度很高，设备负荷很重的情况，用循环冷却水强制冷却设备是保证设备正常运行必须条件，循环冷却水处理的好坏，水温的控制，水重复利用情况的好坏，对于降低能耗，降低生产成本，都有重要意义。

我厂循环冷却水系统目前由3个水池分别是热水池、冷水池、生活水池、两座冷却塔，一台加药机以及三组水泵和水路管道系统组成，工作流程如下。

工作泵从冷水池将冷水打到循环管路中送给工作现场各个需要冷却的设备，冷却水流经设备后通过回水管路返回水泵站，经冷却塔冷却后进入水池继续冷却，冷水池与热水池在池的底部相同，冷水由于比重较大在热水池的底部流入冷水池，当冷水池的水位较低时，启动补水泵，将生活水池内的新鲜水补充到冷水池内。

目前的设备运行情况是：操作人员在泵房值守，巡视点检设备，检查水池水位，根据水温情况开1-2个冷却塔，并根据水池水位情况给水池补水，加药。这种操作方式下由于水泵运行时噪声非常大人员的工作环境差，许多工作人员不愿到现场去检查设备，但这项工作又要求人员的工作责任心要很强，稍有疏忽，就会出现水池水位过低、循环水温高，设备冷却不好，水泵故障没有把水打到现场等情况的发生。

鉴于以上情况我们想通过一系列改造实现全自动无人值守泵站，无人值守泵站由：泵站设备自动控制系统和泵站电视监控系统两个主要部分构成。

1 泵站设备自动控制系统

1.1 控制要求，主要实现功能

在监控计算机上实现对所有的控制的参数设定和远程监控；水池液位、水温、管道水压、流量等参数和设备运行情况都能在计算机屏幕上动态显示。整个控制系统主要可实现如下功能：根据水池水位情况自动启动补水泵进行补水，当水位达到要求时自动停泵。根据水池水温情况实现对冷却塔的自动投运和切停。根据补入新水的流量自动统计计算出加药量，并自动启动加药机加药。根据水泵泵体温度和震动情况的实时监测自动报警、跳停设备提醒操作人员及时检修设备。对所有控制和检测的参数模拟量在上位机实现历史趋势存储、实时数据动态显示、打印和报警功能。

1.2 控制系统构成与配置

按照方便可靠，简单经济的控制的要求，选用工控计算机作为上位机进行监控， 利用 WinCC组态软件建立实时操作界面与下位机进行通信。采用西门子的PLC作为下位机进行程序控制，组态相应的专用模块实现对各种数据的处理以及与上位机的通讯。

硬件设备配置如下。

在现场增设电磁流量计2台分别显示出水和补水流量，所有水泵增加震动和温度检测仪表，三个水池都安装雷达物位计实时监测水位。在出水口和回水口安装水温检测热电阻。

下位机采用西门子公司的300系列PLC，CPU型号为CPU315-2DP，这种型号的CPU性能较突出，位操作和字操作时间分别是0.3 μs和1 μs，反应迅速。同时还内置了128个定时器和64个计数器，使用方便，与其配用的300系列模拟量、开关量及通讯等专业模块价格相对经济，对现场环境要求不高且皮实耐用。

上位机选用性能稳定，可长时间连续工作的工控机。操作界面用工控组态软件WinCC设计，控制程序用Step7软件编辑。WinCC与STEP7配合时，Step7中定义的变量可以在WinCC中直接使用可提高控制灵敏度和控制精确程度。另外，WinCC中的C语言脚本（Script）及提供的与数据库之间的接口能增加各种应用功能，能满足用户的复杂要求。

上位机与PLC之间通过交换机采用工业以太网络通信。整个硬件系统分三层布置，配置如下图。

1.3 控制程序要求及设计思路

1）控制程序设计成开放式，即在上位机设置参数输入窗口，工艺控制人员可以根据实际生产情况在上位机上直接设置控制参数，例如水池的水位、冷却循环回水温度、水泵报警保护跳停的震动及温度控制要求等。后台的控制程序调用窗口参数，经过数据处理形成控制输出，实现对现场设备的自动控制。

2）由于我厂水质硬度较高在冷却温度设备时容易结垢，一旦管道内的流速较小时容易造成管道的堵塞，软件中通过两种方法相结合控制这种情况的发生，一是根据冷却出水流量自动控制水泵变频电机的频率输出，保证管道内的流速。二是通过补水流量计算补水量，根据化验室水质化验结果加入相对应量的软化剂。

3）为保障现场重要设备的冷却效果，原则上不能轻易跳停水泵，水泵监控保护控制程序以报警为主，当到达警戒值时在上位监控画面跳出闪烁报警并鸣警铃。当监控参数在30内仍然高于警戒值时，跳停水泵同时启动备用泵。

2 电视监控系统

电视监控系统用于监控现场泵池内水泵及周边管道的运行情况，以便在无人值守时及时发现阀体、管道泄漏、闲杂人员进入工作区域等情况的发生。

电视监控系统的构成：四台摄像机安装在现场分别监控四个工作面，摄像机的视频信号集中进到一台8口的硬盘录像机内，要求录像机硬盘容量可以存储15天的视频录像，同时录像机具备以太数据输出口，监控信号通过控制系统的交换机一并传输给远方的中央控制室。在中央控制室安装大屏幕液晶显示屏实时显示现场情况。

3 结束语

通过对整个系统的分析，将无人值守泵站分成两大系统并分别实施不同的方案加以实现，将复杂的控制问题简单化，易于实现的同时，解决了实际问题。

参考文献

[1]翁维勤，孙洪程.过程控制系统及工程[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2]丁书耕.小型分布式控制系统的设计与实现[J].山东电力技术，1999（4）.endprint

摘 要 通过对冷却循环水系统的分析，结合实际运行经验，提出由设备运行自动控制系统和电视监控系统两大部分组成的无人值守泵站的设计思路及实现步骤，最后对实现效果进行总结。

关键词 自动控制系统；无人值守；PLC；电视监控

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0149-01

循环冷却水是工业生产过程中不可缺少的重要部分，尤其是球团厂这样热工设备较多，设备工作环境温度很高，设备负荷很重的情况，用循环冷却水强制冷却设备是保证设备正常运行必须条件，循环冷却水处理的好坏，水温的控制，水重复利用情况的好坏，对于降低能耗，降低生产成本，都有重要意义。

我厂循环冷却水系统目前由3个水池分别是热水池、冷水池、生活水池、两座冷却塔，一台加药机以及三组水泵和水路管道系统组成，工作流程如下。

工作泵从冷水池将冷水打到循环管路中送给工作现场各个需要冷却的设备，冷却水流经设备后通过回水管路返回水泵站，经冷却塔冷却后进入水池继续冷却，冷水池与热水池在池的底部相同，冷水由于比重较大在热水池的底部流入冷水池，当冷水池的水位较低时，启动补水泵，将生活水池内的新鲜水补充到冷水池内。

目前的设备运行情况是：操作人员在泵房值守，巡视点检设备，检查水池水位，根据水温情况开1-2个冷却塔，并根据水池水位情况给水池补水，加药。这种操作方式下由于水泵运行时噪声非常大人员的工作环境差，许多工作人员不愿到现场去检查设备，但这项工作又要求人员的工作责任心要很强，稍有疏忽，就会出现水池水位过低、循环水温高，设备冷却不好，水泵故障没有把水打到现场等情况的发生。

鉴于以上情况我们想通过一系列改造实现全自动无人值守泵站，无人值守泵站由：泵站设备自动控制系统和泵站电视监控系统两个主要部分构成。

1 泵站设备自动控制系统

1.1 控制要求，主要实现功能

在监控计算机上实现对所有的控制的参数设定和远程监控；水池液位、水温、管道水压、流量等参数和设备运行情况都能在计算机屏幕上动态显示。整个控制系统主要可实现如下功能：根据水池水位情况自动启动补水泵进行补水，当水位达到要求时自动停泵。根据水池水温情况实现对冷却塔的自动投运和切停。根据补入新水的流量自动统计计算出加药量，并自动启动加药机加药。根据水泵泵体温度和震动情况的实时监测自动报警、跳停设备提醒操作人员及时检修设备。对所有控制和检测的参数模拟量在上位机实现历史趋势存储、实时数据动态显示、打印和报警功能。

1.2 控制系统构成与配置

按照方便可靠，简单经济的控制的要求，选用工控计算机作为上位机进行监控， 利用 WinCC组态软件建立实时操作界面与下位机进行通信。采用西门子的PLC作为下位机进行程序控制，组态相应的专用模块实现对各种数据的处理以及与上位机的通讯。

硬件设备配置如下。

在现场增设电磁流量计2台分别显示出水和补水流量，所有水泵增加震动和温度检测仪表，三个水池都安装雷达物位计实时监测水位。在出水口和回水口安装水温检测热电阻。

下位机采用西门子公司的300系列PLC，CPU型号为CPU315-2DP，这种型号的CPU性能较突出，位操作和字操作时间分别是0.3 μs和1 μs，反应迅速。同时还内置了128个定时器和64个计数器，使用方便，与其配用的300系列模拟量、开关量及通讯等专业模块价格相对经济，对现场环境要求不高且皮实耐用。

上位机选用性能稳定，可长时间连续工作的工控机。操作界面用工控组态软件WinCC设计，控制程序用Step7软件编辑。WinCC与STEP7配合时，Step7中定义的变量可以在WinCC中直接使用可提高控制灵敏度和控制精确程度。另外，WinCC中的C语言脚本（Script）及提供的与数据库之间的接口能增加各种应用功能，能满足用户的复杂要求。

上位机与PLC之间通过交换机采用工业以太网络通信。整个硬件系统分三层布置，配置如下图。

1.3 控制程序要求及设计思路

1）控制程序设计成开放式，即在上位机设置参数输入窗口，工艺控制人员可以根据实际生产情况在上位机上直接设置控制参数，例如水池的水位、冷却循环回水温度、水泵报警保护跳停的震动及温度控制要求等。后台的控制程序调用窗口参数，经过数据处理形成控制输出，实现对现场设备的自动控制。

2）由于我厂水质硬度较高在冷却温度设备时容易结垢，一旦管道内的流速较小时容易造成管道的堵塞，软件中通过两种方法相结合控制这种情况的发生，一是根据冷却出水流量自动控制水泵变频电机的频率输出，保证管道内的流速。二是通过补水流量计算补水量，根据化验室水质化验结果加入相对应量的软化剂。

3）为保障现场重要设备的冷却效果，原则上不能轻易跳停水泵，水泵监控保护控制程序以报警为主，当到达警戒值时在上位监控画面跳出闪烁报警并鸣警铃。当监控参数在30内仍然高于警戒值时，跳停水泵同时启动备用泵。

2 电视监控系统

电视监控系统用于监控现场泵池内水泵及周边管道的运行情况，以便在无人值守时及时发现阀体、管道泄漏、闲杂人员进入工作区域等情况的发生。

电视监控系统的构成：四台摄像机安装在现场分别监控四个工作面，摄像机的视频信号集中进到一台8口的硬盘录像机内，要求录像机硬盘容量可以存储15天的视频录像，同时录像机具备以太数据输出口，监控信号通过控制系统的交换机一并传输给远方的中央控制室。在中央控制室安装大屏幕液晶显示屏实时显示现场情况。

3 结束语

通过对整个系统的分析，将无人值守泵站分成两大系统并分别实施不同的方案加以实现，将复杂的控制问题简单化，易于实现的同时，解决了实际问题。

参考文献

[1]翁维勤，孙洪程.过程控制系统及工程[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2]丁书耕.小型分布式控制系统的设计与实现[J].山东电力技术，1999（4）.endprint