APP下载

PLC在隧道排水泵站自动化系统中的应用

2020-10-21蒲宁锋赵志翔

大众科学·下旬 2020年4期
关键词:通讯自动化

蒲宁锋 赵志翔

摘 要:针对某城市隧道排水泵站的工艺控制需求,设计一套以PLC为核心的自动化控制系统。PLC通过与设备传感器实时通讯,采集处理的各项设备参数,实现对排水泵站自动化控制与调节。

关键词:PLC 自动化;隧道排水泵站;通讯

1引言

随着城市的快速发展,城市人口与机动车的不断增加,地面交通出现了严重的拥堵情况。为了解决交通拥堵,这些年城市建设了许多城市隧道,城市隧道在解决交通拥堵方面发挥着重要作用。而隧道的排水泵站就是保证城市隧道安全正常运营的一种辅助设施。排水泵站在隧道中的主要作用是把从不同途径汇入隧道集水井的水集中输送到地面的市政雨水管网中。隧道在日常运营中会有大量的生活污水汇入,如:雨水、渗漏水以及日常保洁用水等。如果这些积水没有及时的从隧道排出,隧道的交通安全就会受到影响,如果积水过多会导致隧道交通能力瘫痪,甚至会发生严重交通事故。综上所述,为隧道排水泵站设计一套安全可靠的控制系统尤为重要。

2现状分析

(1)隧道排水泵站设置3台潜水泵,安装在泵房集水井内,1号排水泵和2号排水泵为工作水泵,3号排水泵为备用泵。通过安装在集水井内壁上的浮球液位开关对排水泵进行启停控制。启动顺序为固定顺序,即在集水井水位上升至1号排水泵启动浮球液位开关时,1号排水泵启动排水。集水井水位下降至1号排水泵停止浮球液位开关时,1号排水泵停止排水。如果在1号排水泵启动排水情况下,集水井水位继续上升,到达2号排水泵启动浮球液位开关时,2号排水泵启动排水。当1号2号水泵发生故障或1号2号水泵启动排水时集水井水位仍不能下降时,3号备用排水泵由工作人员现场应急启动排水。在正常工作中每次1号排水泵启动,工作频率最高,其次2号排水泵,再次3号排水泵只有在试机启动。在这种控制方式下3台排水泵工作时间的严重不平衡。导致1号排水泵在经常使用,机械磨损加剧,使用寿命缩短。2号3号排水泵使用时间少,长期浸泡在水里,内部容易受潮,增加了故障率。

(2)现场设备功能不全,未设置必要的自动化控制设备。对排水泵运行状态信号、电气参数、集水井水位、温湿度等无法实现采集和记录。

3控制流程分析

针对3台排水泵的工作时间不平衡问题,设置3台排水泵以周为循环周期进行轮询运行,即每年的第一周以1号2号3号排列顺序运行;第二周以2号3号1号排列顺序运行;第三周以3号1号2号排列顺序运行;第四周时则执行第一周的排列顺序运行,以此类推。运行周期时间是通过获取PLC的CPU时钟实现。

在集水井上方安装雷达液位计,实时监测集水井积水的变化情况,通过mudbus rtu协议与PLC进行通讯,对液位计的数值进行采集。液位计数值在PLC经过处理后在触摸屏上显示储存。根据液位计采集到数值,给每台排水泵设置启动与停止对应的数值。例如:1号排水泵启动液位1.6米,停止液位0.8;2號排水泵启动液位1.7米,停止液位0.9米;3号排水泵启动液位1.8米,停止液位1.0米;液位设置通过触摸屏进行设定,可以根据现场实际需求进行修改。

同时在集水井内壁安装两只浮球液位开关并接入3号排水泵的硬件控制回路中,作为3号排水排的启动与停止动作开关。防止在液位计发生故障情况时,集水井的积水能及时排除。此回路为独立回路,优先等级最高。

说明:触摸屏设置的排水泵启动与停止液位值对应每个运行周期排水泵运行顺序编号,与实际排水泵编号无关。

4系统设计

4.1硬件设计

系统以PLC作为核心,采集、控制、统计、处理现场设备的运行状态与数据;触摸屏显示、设置、记录设备的运行参数;各类现场仪表仪器实时采集运行数据上传到PLC。

结合系统现状、功能需求、控制对象及工程预算等因素,选用施耐德公司的M241系列PLC。M241是一款紧凑型设计的小型PLC产品,本体提供24点数字量输入,16点数字量输入,2路串行链路接口,1路以太网接口,采用AC220V电源供电。支持模块扩展。现场设备信号根据设计的控制原图图接入对应的通道,如图一所示。

4.2软件设计

(1)PLC程序设计

M241系列PLC采用SoMachine软件进行编程,提供了强大的编程工具,支持IEC61131-3的全部编程语言,满足不同用户的编程习惯和需求。内嵌种类众的函数和功能块库,用户仅需简单调用即可,无需编制大量复杂的程序。仿真,单步执行,断点执行,跟踪等调试工具可供调试使用。本系统程序设计主要使用LD和CFC编程语言。由于设计程序过大,截取部分程序段进行展示。如图二(1号2号排水泵故障,把1号排水泵启动水位赋给3号排水泵)所示。

(2)触摸屏程序设计

触摸屏是工作人员与PLC之间传递和信息交换的窗口。工作人员可以通过触摸屏对设备运行状态进行浏览,历史数据查询,设备参数设置等操作,方便了工作人员的运行和维护。触摸屏主要包括:登陆画面、主监控画面、设备控制画面、参数设置画面、数据统计画面、历史查询画面等。主监控画面如图三所示。

4.3安全保护设计

(1)设备本体保护

除了常规的电机过载、超温、渗漏保护外,此次为排水泵安装马达保护器,丰富了保护功能。增加的保护有:堵转保护、三相电流不平衡保护、断相保护、阻塞保护、欠压保护、起动超时保护、过压保护、相序保护等。同时在泵房内安装红外高清摄像机,管理工作人员通过安装在手机上的APP可以对泵房进行监控。实时掌握泵房的情况,为设备正常运行又提供了一项安全保障。

(2)工艺连锁保护

排水泵在预定的流程工作时,如果某台排水泵发生故障,要保证其他排水泵能正常工作排水。从系统安全性、可靠性角度出发,为系统设计了运行工艺连锁保护。

以第一周排水泵运行顺序为例:当1号排水泵发生故障时,故障信号输入到PLC,根据程序的设定,将1号排水泵的启动与停止液位值传送给2号排水泵作为2号排水泵的启动与停止液位值,同时将2号排水泵的启动与停止液位值传送给3号排水泵作为3号排水泵的启动与停止液位值。当2号排水泵发生故障时,故障信号输入到PLC,根据程序的设定,将2号排水泵的启动与停止液位值传送给3号排水泵作为3号排水泵的启动与停止液位值。当1号2号排水泵同时发生故障时,故障信号输入到PLC,根据程序的设定,将1号排水泵的启动与停止液位值传送给3号排水泵作为3号排水泵的启动与停止液位值。

同时设备出现的故障信号通过PLC经通讯网络实时传输到控制中心并进行报警,提醒管理人员及时处理。

5结束语

隧道排水泵站自动化系统自投入运行至今已有3年,系统运行稳定、可靠。减少了泵站的故障率,挺高了泵站的工作效率。从而为隧道交通安全通行提供了强有力的保障。

参考文献:

[1] 张泽慧.PLC(可编程控制器)实现水泵交替轮换运行中的应用[J].市政设施管理.2009(1):23-24

[2] 赵丹.城市排水泵站发展趋势与设备管理维护[J].给水排水动态.2008

[3] 吴跃争.PLC在排水泵站自动化监控系统的设计[J].南北桥.2009

[4] 王兆宇.施耐德 PLC 电气设计与编程自学宝典[M].中国电力出版社.2015

猜你喜欢

通讯自动化
防止蚊子叮咬的新方法
国内首个AR通讯应用浮出水面
国内首个AR通讯应用浮出水面
AGV小车在白酒行业自动化立体仓库中的应用
配电室无人职守集控站在京博石化的运用
配电线路运行资料管理自动化的探讨
浮瓶通讯
单片机I/O口模拟串行通讯的C51实现方法