陳俊武

【摘 要】目前全國各大、中型城市正普遍興建污水泵站，由于工藝要求和地理位置的原因，絕大多數(shù)泵站要求自動化運行，有些泵站還要實現(xiàn)無人職守。確保整個系統(tǒng)安全、高效地運行是泵站自動控制系統(tǒng)的首要目標。本文以泵站自動控制系統(tǒng)為例，重點闡述污水泵站控制系統(tǒng)設計的主要思想和在實現(xiàn)過程中所要注意的關鍵問題。

【關鍵詞】污水泵站；硬件設計；軟件設計

1.設備選型

1.1 PLC選型與配置

PLC的選擇既要考慮經(jīng)濟性，又要考慮可靠性。在選擇PLC模塊時要留有足夠的備用點數(shù)，系統(tǒng)應能夠實現(xiàn)柔性擴展。在本系統(tǒng)中，我們選用了某公司FX2N系列的PLC。經(jīng)過計算，本系統(tǒng)共有開關量輸入點41個，開關量輸出點24個，模擬量輸入點6個。

1.2人機界面的選擇

在選擇人機界面時，要選擇預裝操作系統(tǒng)和組態(tài)軟件的觸摸屏，這不但能為系統(tǒng)的安裝和調試帶來方便，還能增加系統(tǒng)運行的可靠性。

1.3超聲波液位計的選擇

在污水泵站控制系統(tǒng)中，超聲波液位計要準確測量集水池水位、格柵機柵前和柵后水位，是整個系統(tǒng)的主要控制條件，因此液位計的選擇非常重要。在此我們選用了分體型超聲波液位計，不僅保證了測量穩(wěn)定性和可靠性，還方便了工人的現(xiàn)場操作。本系統(tǒng)需2個雙通道的控制表和3個超聲波換能器。其中一個換能器和一個控制表用于測量集水池水位，換能器和控制表通道1連接，通道2備用，這樣控制表上的液晶顯示屏就可以顯示集水池的水位，再通過控制表上和通道1對應的模擬量經(jīng)通道1將集水池水位信號送至PLC；另兩個換能器分別用來測量格柵機柵前和柵后水位，將它們依次接入另一個控制表的通道1和通道2，通過對控制表的編程，可以在控制表的液晶屏上循環(huán)顯示柵前水位值、柵后水位值和柵前柵后水位差值，通過控制表上和通道1、2對應的模擬量經(jīng)通道1、2將柵前和柵后水位信號分別送至PLC。

2.硬件設計

電路設計的主要思想是：確保核心控制部件（主要是PLC和觸摸屏）的安全。一方面原因是這部分的產(chǎn)品價格比較昂貴，另一方面因為這部分是各種現(xiàn)場信號集中的地方，這些信號分布在現(xiàn)場不同的地方，多數(shù)又和現(xiàn)場的強電控制電路或動力線分布在一起，這樣就有可能由于接線失誤、電纜間感應、設備故障或其他復雜原因導致某一信號線帶有強電，使得這些核心部件燒毀，從而使整個控制系統(tǒng)崩潰。

基于以上考慮，設計的時候采取了以下措施：

（1）PLC開關量輸入、輸出通道全部用小型繼電器與現(xiàn)場信號隔離。

（2）PLC模擬量輸入通道采用專門的過程信號隔離端子隔離，不僅起到保護設備的作用，還提高了信號的抗干擾能力。

（3）控制柜的220V電源采用隔離變壓器隔離，防止電網(wǎng)的沖擊。

（4）使用3塊獨立的24V開關電源模塊分別為觸摸屏、開關量信號電路、模擬信號電路供電。

（5）輸出到現(xiàn)場的控制信號加保險絲。

（6）由于人機界面安裝在PLC控制柜前面板，因此控制柜采用前面板固定、后開門方式，PLC置于前面板內側，隔離變壓器安裝在下側，所有配電電路、開關量輸出信號電路布置在控制柜左側，開關量輸入信號電路、模擬量輸入信號電路布置在右側，柜頂裝有排風扇和照明燈，照明燈開關裝在門上，門開則燈亮。整個控制柜布置美觀、合理，既保護了設備，又提高了系統(tǒng)的可維護性。

3.程序設計

3.1 PLC程序設計

格柵機部分的PLC程序設計相對較為簡單，主要以柵前柵后水位差或時間間隔來實現(xiàn)控制。而潛水泵部分程序設計需考慮以下內容：

（1）潛水泵不應頻繁啟動。

（2）在生產(chǎn)運行中各泵的累積運行時間應基本一致。

（3）系統(tǒng)要具有良好的可靠性，任何一臺泵的損壞不能影響系統(tǒng)的正常運行。

（4）系統(tǒng)要具有良好的報警和故障記錄功能。海州污水泵站潛水泵PLC程序設計設置了6個水限，由PLC程序根據(jù)集水池水位設定值自動控制各泵的啟停。

1）至少有兩臺泵同時處于自動方式，系統(tǒng)才可全自動運行；在系統(tǒng)剛滿足全自動運行條件的1min之后，系統(tǒng)才進入全自動運行方式。

2）在水位越過水限時進行數(shù)字濾波，數(shù)字濾波時間可設為1min之內。

3）在系統(tǒng)發(fā)出啟泵命令的1min之后該泵未運行，則停止啟動該泵并聲光報警；同樣，在系統(tǒng)發(fā)出停泵命令的1min之后該泵未停止運行，則聲光報警。

4）在泵啟動后的一定時間（幾秒，小于啟動時間，可稱之為“堵轉時間”），泵的電流未降到一定值（大于額定電流小于量程電流，稱之為“堵轉電流”），判斷該泵堵轉，停止該泵并聲光報警。

5）在泵運行過程中，若泵的電流連續(xù)大于過載電流一定的時間，則可判斷該泵過載，停止該泵并聲光報警。

6）在啟動一臺泵時，2min之內不得再啟動其他任何泵。

7）各泵互為備用，若一臺泵在運行中出現(xiàn)故障停止運行，則立即啟動另一臺優(yōu)先級高的泵。

8）如果一臺泵連續(xù)運行12h，則停該泵，啟動另一臺優(yōu)先級高的泵。

9）故障的處理：在泵出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)將記錄并保持該故障，同時禁止該泵的再次運行，直到維修人員現(xiàn)場檢查排除故障，再到觸摸屏上復位該故障。

10）從某一時刻起對各泵的運行（無論手動運行或是自動運行）時間以0.1s為單位進行計時，最后換算成h、min、s、ms，并以此作為各泵啟泵優(yōu)先級和停泵優(yōu)先級的主要判別依據(jù)。

11）允許潛水泵工作的最低水位限位開關動作，若低于此限，則停所有泵。

基于以上考慮，系統(tǒng)在全自動運行方式下具有較強的自調節(jié)能力，在設備正常的情況下是不需要人工干預的，并可在長時間運行中使各泵的運行時間基本一致。

3.2人機界面組態(tài)程序設計

在進行人機界面組態(tài)程序設計時，應重點考慮系統(tǒng)的安全性和易操作性，其次是界面盡量友好、生動。在本系統(tǒng)中，實現(xiàn)的主要功能有：

（1）界面展示了整個生產(chǎn)工藝流程和各個設備的運轉情況。

（2）在潛水泵控制畫面上不僅可以看到泵的所有參數(shù)，還可以在泵處于監(jiān)控方式下在觸摸屏上直接控制各泵的啟停。

（3）在格柵機控制畫面上不僅可以看到格柵機的所有參數(shù)，還可以在格柵機處于監(jiān)控方式下控制各格柵機的啟停，在格柵機處于程控自動方式下看到格柵機是如何根據(jù)柵前柵后水位差和時間來自動運行。

（4）在參數(shù)設定畫面上可以設置系統(tǒng)所需的所有工藝參數(shù)，還可以實現(xiàn)泵累計運行時間的刷新、各設備故障復位、用戶管理等功能。

（5）在曲線顯示畫面上可以觀察分析諸如各泵電流、各池水位等模擬量的變化情況。

（6）在故障報警畫面上可以記錄每個故障發(fā)生、消除的時間及故障的原因等，方便用戶排除故障。

（7）用戶在控制各設備或修改系統(tǒng)工藝參數(shù)的時候必須獲得一定的權限才能進行。

4.結語

污水泵站自動控制系統(tǒng)安全可靠、效率高，自投入運行以來效果一直良好。隨著自動化技術的飛速發(fā)展，如何將污水泵站自動控制系統(tǒng)的設計和實施工作完成得更好，還望與各位同仁進行探討。 [科]

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