PLC抽水泵站控制系统的设计分析

肖怀志

深圳市水务技术服务有限公司 518000

摘要：在泵站控制系统中，由于PLC具有独特的功能，因此在泵站自动化控制中能起到很大的作用。本文针对抽水泵站系统控制要求，对PLC泵站实现自动化控制的设计进行分析。

关键词：PLC；泵站；控制系统；设计

1.前言

PLC自80年代开始快速发展，在我国工业自动化控制应用领域中，PLC的应用是比较活跃的。由于其具有较高可靠性和应用灵活、使用方便等特点，在自动化控制应用中可以提供安全可靠和相对完善的解决方案，适用于目前企业工业自动化的需求。随着工业自动化技术的不断提高，越来越多的无人值守泵站建成，可以大大的降低泵站运行人工成本，使有限的运行费用用于泵站设备的改造、维修及维护上，从而更好地提高泵站设备使用性。本文针对抽水泵站系统设计为例，运用CUP224与MCGS人机交互界面建立一个自动化控制系统，对水泵运行参数进行实时监控记录，从而确保水泵良好的运行状态，减少停水次数，建立一套泵站“无人值守”控制系统。

2.水泵启动系统组成

离心式水泵，需要在启动前入口真空度达到一定程度时才会启动。那是由于水位已经超出了离心式水泵自吸能力的范畴，通过负压将水引到离心式水泵，然后再启动离心式水泵。如果在规定的时间内离心式水泵没有吸到水，就会影响泵内机械密封等水冷却密封部件。本文主要采用真空泵引水方式。

本控制系统主要是由三个模块组成，即主控制器模块、液位检测模块和人机交互模块。其中：主控制器模块主要完成对过程信号的实时采集和处理；液位检测模块是完成对液位信号的采集和转换，并得出真空度的计算值；人机交互模块是显示监控画面和监视过程运行情况。泵站主要控制对象有水泵系统、真空泵系统、检测压力和液位的仪表等。远程启动水泵的工作条件是真空度测量值小于计算值。

2.1 主控制器模块

根据成本要求及控制点数，本系統采用西门子PLCS7-200 为主控制器，选择 CPU224 作为主机模块，该模块的控制点数 14 点输入，10 点输出，配有 1个 RS-485 通讯/编程口，具有 PPI 通讯、MPI 通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器，各项性能均满足泵站控制系统的要求。

2.2 液位检测模块

液位检测模块的核心部件是液位检测传感器，现在一般采用压力传感器、浮球式液位传感器、电感式传感器、穿透式超声波传感器等，都因各种问题不能正常使用。本文采用超声波液位传感器，安全稳定可靠易安装易维护。

该装置的原理是，将压力传感器安装在水泵的出口端，液位传感器安装在井口可以直射液面的地方。设液位传感器安装的位置距液面为h1，h1 为变量，也就是可以任意高度液面时启动水泵；设液位传感器安装的位置距水泵叶轮上端的某一位置为h2，h2为定值，这个位置是固定不变的。h1+h2=H，H是水泵的允许启动高度，也就是泵体内的真空度，用负的Pa单位来表示。发出启动水泵指令后，液位传感器将检测到的h1数值，输送给 PLC 系统，经过 PLC 程序处理后，PLC 系统将检测到的h1 数值加上h2 数值，向压力传感器输送一个H的数值，当压力传感器检测到水泵泵体内的真空度达到该数值时，压力传感器就输出信号，启动水泵电机，至此水泵系统启动结束。位置布局图如图1所示。

图1位置布局图

2.3 人机交互模块

本系统采用 MCGS 通用软件。其是一种连接人和机器的人机界面，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。首先进行驱动构件添加西门子 S7-200PPI，完成 MCGS 与西门子 PLC 的驱动通讯构件；根据实际情况进行父设备与子设备基本参数设置，进而建立数据变量，绘制人机画面窗口。

3系统电气设计的实现

泵的启动/停止控制分手动控制和自动控制两种方式。根据工艺要求，本系统在手动模式下，由现场控制箱面板按钮可启动和停止真空泵，程序无法干预；自动模式下，泵的启动/停止靠程序控制，考虑到安全问题，现场控制箱控制面板按钮也可停止真空泵。真空泵的控制回路设计如图2所示。

图2真空泵控制回路设计

4系统软件的实现

PLC 负责数据采集、与上位机通讯、执行上位机下发的指令以及对泵进行“无人值守”自动控制；配有现场触摸屏，可对现场情况进行工况查看并进行一些基本控制。主程序框架如图3所示。

图3主程序结构框架

4.1 真空度计算的软件实现

真空度的计算值由液位传感器采集的液位 h1计算得到。

4.2 上位机监控画面设计

该系统的上位机监控部分由 MCGS 软件完成。操作人员可以进行泵的安装高度、水箱高度等设置和修正，同时对液位测量值的监控和历史数据的记录。监控画面如图4所示。

图4 监控编辑画面

5.结语

由于PLC 的泵站控制系统具有快速可靠的性能，利用液位传感器计算压力值，与实测的真空度进行比较，可以有效实现水泵的精确启停控制，提高了工作效率和安全性，达到了理想的启停效果，满足工程实际应用的要求。对于无人值守泵站的不断建成，我们就对其进行更多的研究，以确保各控制泵站点的可靠运行及控制系统下执行机构的利用率，进而减少故障发生次数，延长设备使用寿命，达到节能降耗的目的。

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