基于LOGO!的集水井排水泵自动控制系统改造

李 胜

(安徽省淠史杭灌区管理总局淠东干渠管理处，安徽 六安 237009)

红石嘴水电站位于安徽省金寨县，是举世闻名的淠史杭灌区史河总干渠渠首枢纽工程，装有三台轴伸贯流式水轮发电机组，总容量3130kW，设计流量90m3/s。该站的集水井位于3#机下方，容量约27m3，由两台自吸泵将废水抽至下游，下游正常尾水位高于集水井顶部高程约6.5m。两台排水泵的控制回路采用常规继电器控制，一用一备，手动切换，这个回路能实现基本的自动控制功能：当水位达到上限时，启动主用泵；水位达到上上限时，启动备用泵；水位回到下限时，停泵。但在运行中，发现有这样的问题：一是主备泵不能自动切换，造成一台泵长期运行，磨损严重，另一台泵长期停止，在集水井潮湿环境下容易受潮；二是当主用泵故障停泵时，不能自动启动备用泵，也不能发出报警信号，必须等水位达到上上限时备用泵才能启动，降低了集水井运行安全性；还发生过一次回路故障拒动，集水井溢水流入3#发电机的事故。为解决这些问题，决定对排水泵控制回路进行改造。

1 控制元件选择

集水井排水泵控制系统要能实现以下功能：当水位达到上限时，启动主用泵，达到上上限时，启动备用泵，同时发出信号，水位回到下限时停泵；两台泵一用一备，自动按次轮换；当主用泵在抽水过程中故障停泵时，自动启动备用泵，并向后台发出报警信号。

原建设部以建质〔2001〕248号文颁布了《常用水泵电气控制图》，图集号01D303-3，该图集第115～117页即为排水泵一用一备自动轮换控制电路图。该图使用常规继电器控制，但并不能满足上述功能要求，主要问题有：使用时间继电器按时轮换，而不是按次轮换，即在一个排水周期，两台水泵按整定时间切换几次，增加了启停次数，加剧泵的磨损和电能消耗，还降低了排水效率，如果整定时间过长，则不能切换；主用泵故障时，不能自动切换到备用泵，也不报警，双泵同时故障时才报警，降低了安全性；水位到上上限时，双泵不能同时启动；时间继电器KT1、KT2的自保持接点设置有误，实际上无法实现轮换(此处不详细讨论，上面的分析是按修正错误后进行的)。而且该图仅控制回路就使用了7只中间继电器，2只时间继电器，接线复杂，可靠性低，需要较大的控制柜空间。因此，采用传统继电器改造，难以达到预期效果。

LOGO!通用逻辑控制模块，非常适合于控制回路的应用。它集成了8种基本功能模块和定时器、计数器等36种(0BA8型)专有功能模块，通过内部功能块编程的方式来实现控制逻辑，一台LOGO!即可替代数以百计的继电器，且具有传统继电器回路难以比拟的高可靠性，功能强大，调试和修改程序方便，同时，其控制模块的继电器输出接点具有较大的电流承载能力(最大达10A)，能够直接连接各种执行元件，可大大简化外部接线，缩短配线时间，节省控制柜空间，便于维护。

根据电源环境和输入输出点数，决定选用LOGO!230RC主机，其操作电源为115～240V AC/DC，具有8个开关量输入，4点继电器输出。

2 硬件部分设计

LOGO!的I/O地址分配见表1。硬件外部接线设计如图1所示，其中XH1,XH2,XH3分别是集水井浮子信号器接点；KM1,KM2是交流接触器线圈和辅助接点；RJ1,RJ2是热继电器接点。除了继续使用原水泵主回路的交流接触器、热继电器和采集集水井水位信号的浮子信号器外，其他所有的继电器全部省去，用1台LOGO!替代。

表1 I/O地址分配表表

图1 控制回路硬件原理图

3 软件系统设计

采用LOGO! soft comfort V8.0版进行编程，FBD(功能块图)程序如图2所示。

3.1 主备泵启停功能设计

当水位到达上限时，I1输入为1，经B001(与功能块)、B002(或功能块)置位B003(锁存继电器)，使Q1闭合启动1#泵；当水位降至下限时，I3输入为1，经B006(或功能块)复位B003，使Q1断开停止1#泵。当水位到达上上限时，I2输入为1，分别经B002、B008(或功能块)置位B003、B010(锁存继电器)，Q1,Q2同时闭合启动两台泵，并经Q3发出水位高限报警。

3.2 主备泵按次轮换功能设计

B004和B011是下降沿触发的与非模块，当Q1由闭合转为断开时(即1#泵由运行转为停止时)，B004将被触发一次，经B021(或功能块)使B007(锁存继电器)置位并保持；直到Q2由闭合转为断开时(即2#泵由运行转为停止时)，B011将被触发一次，经B022(或功能块)使B007复位。B007的输出经反相接入B001，正相接入B009，使I1的输入每次只能触发1台泵的控制回路，该台泵停泵时就会改变一次B007的状态，屏蔽自己的输入回路，为下次I1输入触发另一台泵做准备；而I2(上上限)输入绕过了B001和B009直接启动双泵，不会被屏蔽。

3.3 主泵故障自动切换备泵功能设计

当Q1闭合启动1#泵的同时，I7输入应为1，如热继电器动作或其他原因导致停泵，I7输入变为0，可判断为该泵故障。加入B016(接通延时继电器)的作用是，从Q1发出启动指令，到交流接触器闭合其辅助接点反馈到I7，会有延时，为避免误报，加入了一个接通延时时间。故障信号经B014(与功能块)置位B015(锁存继电器)，触发B005(上升沿触发与模块，使触发备泵的信号为一个脉冲信号，而不是长期保持的信号)，启动2#泵，同时通过Q4发出故障报警。B015同时输出到B006闭锁故障泵的再次启动，输出到B021使下次I1输入启动非故障泵。2#泵的故障切换回路原理与1#泵相同。

4 动态仿真模拟

用编程软件的仿真功能对上述程序进行了动态仿真测试，界面如图3所示，所有功能均正常。

图2 LOGO!的程序设计

图3 LOGO!动态仿真环境

5 结语

改造后，集水井排水泵自动控制系统投运一年多，从未发生拒动或误动，运行可靠，预期功能得到完整的实现。通用逻辑控制模块LOGO!作为主控单元组成的控制系统，相比传统继电器回路，可靠性高、功能丰富、节省空间，外部接线极为简单；相比一般的PLC控制系统，可靠性相仿、价格低廉、调试方便、使用门槛低，但其运算能力较弱(0BA5以上的型号已具有PI控制器和模拟量输出功能，0BA8型已可执行简单的算术指令)，输入输出点数也不多，在复杂系统和运动控制方面还不能胜任。综合来看，LOGO!可完全取代传统继电器控制方式，在不太复杂的工业控制场景中，是功能够用，性价比颇高的可行方案，值得推广使用。