魯曉風(fēng)， 夏 平， 唐少華

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，上海201108）

0 引 言

柴油機(jī)負(fù)荷特性試驗(yàn)的主要內(nèi)容是測(cè)試柴油機(jī)的性能指標(biāo)，掌握柴油機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗率和排氣溫度等數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到柴油機(jī)的速度特性曲線和負(fù)荷特性曲線，對(duì)分析柴油機(jī)的綜合性能具有重要意義。水力測(cè)功器作為柴油機(jī)的有效負(fù)載，對(duì)保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性起著決定性作用。為降低水力測(cè)功器出水口排水背壓對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，必須將測(cè)功器的排水口垂直布置，確保測(cè)功器內(nèi)的水在重力作用下自然流出。試驗(yàn)基地設(shè)有多臺(tái)測(cè)功器，每臺(tái)測(cè)功器的垂直出水口底部與水平布置的排水總管相連。由于排水總管與中央水池之間存在垂直落差，使得出水無法直接流入中央水池，因此在排水總管與中央水池之間設(shè)置中間蓄水窖（以下簡(jiǎn)稱“中間水窖”）對(duì)試驗(yàn)出水進(jìn)行匯集。中間水窖泵房設(shè)有4臺(tái)抽水泵組，負(fù)責(zé)將匯集的水回送至中央水池，保證試驗(yàn)用水的有效供給。由于試驗(yàn)所用柴油機(jī)的型號(hào)、數(shù)量和輸出功率及試驗(yàn)開始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間有極大的隨機(jī)性，且中間水池的水位是隨機(jī)變化的，人工操控4臺(tái)泵組的工作量較大，無法定量掌控水池內(nèi)水位的變化，工序繁雜，應(yīng)急能力差，排水效率低，安全性和可靠性不能滿足要求，存在出水倒灌試驗(yàn)場(chǎng)地及水窖內(nèi)的水溢出等安全隱患[1]。本文提出一種基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）定時(shí)器和計(jì)數(shù)器構(gòu)成“抽簽器”來決定泵組投入的調(diào)度方法，有效提高排水系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，保證各臺(tái)泵組均衡使用，降低泵組因過度使用而出現(xiàn)故障的概率。

1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，設(shè)計(jì)該自動(dòng)控制系統(tǒng)由以中央控制室為中心的主站層、以PLC為核心的主控及通信層[2]和由電氣及機(jī)械設(shè)備構(gòu)成的執(zhí)行層等3層結(jié)構(gòu)組成。系統(tǒng)原理框圖見圖1。

圖1 中間水窖排水泵組監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖

該系統(tǒng)以西門子S7-200型PLC為控制核心，實(shí)現(xiàn)外圍開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)的采集及處理、邏輯判斷、故障診斷和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。通過EM 231模擬量數(shù)據(jù)采集模塊采集水窖水位信號(hào)，由此決定泵組是否開啟和開啟臺(tái)數(shù)；根據(jù)選擇的控制方式，按流程啟動(dòng)泵組。泵組運(yùn)行之后，數(shù)據(jù)采集模塊采集電源、電機(jī)和水泵的各項(xiàng)參數(shù)（包括電源狀態(tài)、電機(jī)定子溫度、水泵軸承溫度和水泵出水口壓力等），為控制系統(tǒng)判斷泵組的運(yùn)行狀態(tài)提供依據(jù)；當(dāng)某一數(shù)據(jù)超出設(shè)定值時(shí)，輸出聲光報(bào)警信號(hào)或停泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵組的保護(hù)。系統(tǒng)中各泵組的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)通過PLC的RS485通信接口實(shí)時(shí)傳輸至中央控制室，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述數(shù)據(jù)的顯示和報(bào)警；控制系統(tǒng)接收來自中央控制室的遙控指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵組的遠(yuǎn)程控制。

1.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)和遙控等3種控制方式。

1）手動(dòng)控制方式是通過泵組機(jī)旁控制箱啟/停泵按鈕手動(dòng)實(shí)現(xiàn)泵組啟停，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作，即：開泵時(shí)，先啟動(dòng)電機(jī)，再逐漸打開排水閥；停泵時(shí)，先關(guān)閉排水閥，再停運(yùn)電機(jī)。該方式主要在調(diào)試和檢修維護(hù)時(shí)采用。

2）自動(dòng)控制方式是將PLC采集的水窖水位信息與啟泵條件和停泵條件相對(duì)比，當(dāng)水位達(dá)到啟泵條件時(shí)，PLC讀取“抽簽器”數(shù)據(jù)，根據(jù)“抽簽器”抽取的結(jié)果選擇投入的泵組并啟動(dòng)；當(dāng)水位達(dá)到停泵條件時(shí)，自動(dòng)完成停泵動(dòng)作。自動(dòng)控制方式為常用模式，無需人為干預(yù)，系統(tǒng)首入泵組和泵組的投入順序均是隨機(jī)的，可實(shí)現(xiàn)泵組的互備，確保各臺(tái)泵組均衡使用，提高設(shè)備的利用率，降低設(shè)備的故障率。

3）遙控方式是利用PLC和中央控制室的RS485通信接口接收來自中央控制室監(jiān)控臺(tái)的啟停泵指令，完成泵組的遙控啟停。該方式需值班人員根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，人為判斷泵組的啟停。

水窖水位信號(hào)是與水泵自動(dòng)控制有關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)保證負(fù)荷試驗(yàn)的順利開展和系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有重要作用。系統(tǒng)水位探測(cè)傳感器輸出模擬量和開關(guān)量2路信號(hào)，PLC將接收到的水位模擬量信號(hào)分成若干個(gè)水位段，作為泵組啟動(dòng)的必要條件，隨機(jī)投入相應(yīng)泵組排水；當(dāng)水位模擬量信號(hào)遭到損壞或出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)采集最高水位開關(guān)量之后依次啟動(dòng)各泵組排水；當(dāng)水位降到最低水位時(shí)，水位過低開關(guān)量動(dòng)作，使各泵組停止運(yùn)行，確保中間水窖的水位在自動(dòng)狀態(tài)下處于安全水位，不會(huì)出現(xiàn)倒灌和溢出問題。

為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，系統(tǒng)設(shè)置安全保護(hù)和故障自診斷功能，對(duì)泵組電流、供電電壓、電機(jī)定子溫度、泵組軸承溫度和泵出口水壓等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。當(dāng)某項(xiàng)參數(shù)出現(xiàn)異?；虺鲈O(shè)定值時(shí)，PLC判斷故障并報(bào)警，同時(shí)使故障泵組停止運(yùn)行，有效保護(hù)電機(jī)和水泵，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障[3]。PLC的RS485通信接口將上述數(shù)據(jù)發(fā)送至中央控制室監(jiān)控臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示和報(bào)警。

2 泵組隨機(jī)調(diào)度方法

負(fù)荷試驗(yàn)基地分布有多個(gè)試驗(yàn)臺(tái)架，在不同時(shí)間段開展試驗(yàn)所用的柴油機(jī)數(shù)量、型號(hào)及柴油機(jī)所處的工況各不相同，每次試驗(yàn)開始的時(shí)刻和持續(xù)的時(shí)間也隨機(jī)變化，導(dǎo)致每臺(tái)測(cè)功器出水口的水量隨機(jī)變化，中間水窖的水位變化無任何規(guī)律可循。為使泵組的調(diào)度適應(yīng)水位的隨機(jī)變化，并使各臺(tái)泵組得到均衡使用，該系統(tǒng)利用PLC的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)多個(gè)“抽簽器”，每次啟泵時(shí)都由抽簽結(jié)果決定投入使用哪臺(tái)泵組，因此泵組的投入也是隨機(jī)的，確保泵組的利用率均衡，降低某臺(tái)泵組因長(zhǎng)期處于待機(jī)狀態(tài)或工作狀態(tài)而出現(xiàn)故障的可能性。

2.1 抽簽器的實(shí)現(xiàn)

中間水窖的尺寸為20 m×4 m，底部設(shè)置有4臺(tái)泵組，水窖構(gòu)成示意見圖2，EM231通過液位傳感器（4～20 m A對(duì)應(yīng)0～1.2 m）讀取水位模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)程序轉(zhuǎn)換和歸一化處理之后得到具體的液位數(shù)據(jù)。水窖水位采集處理程序見圖3，MD28中存儲(chǔ)的是水窖水位結(jié)果數(shù)據(jù)。當(dāng)水窖的液位升至距泵吸入口0.4 m時(shí)投入首臺(tái)泵組，若首臺(tái)泵組工作之后不能滿足抽水要求，則水位繼續(xù)上升；當(dāng)水位升至0.6 m時(shí)投入第2臺(tái)泵組，若2臺(tái)泵組同時(shí)工作不能滿足抽水要求，則水位繼續(xù)上升；當(dāng)水位升至0.8 m時(shí)投入第3臺(tái)泵組，若3臺(tái)泵組同時(shí)工作不能滿足抽水要求，則水位繼續(xù)上開；當(dāng)水位升至1 m時(shí)投入第4臺(tái)泵組，由于4臺(tái)泵組的抽水量大于所有測(cè)功器在最大負(fù)荷下的出水量，因此4臺(tái)泵組同時(shí)工作能確保水位下降。下面對(duì)投入泵組時(shí)抽簽器的實(shí)現(xiàn)和抽簽方法進(jìn)行分析。

圖2 水窖構(gòu)成示意

圖3 水窖水位采集處理程序

2.1.1 首臺(tái)泵組投入抽簽方法

在首臺(tái)泵組投入之前，4臺(tái)泵組全部空閑。為能在抽簽時(shí)對(duì)4臺(tái)泵組進(jìn)行均勻全覆蓋，抽簽器必須有4個(gè)標(biāo)簽來與4臺(tái)泵組對(duì)應(yīng)。首先利用PLC的定時(shí)器T33，以10 ms的時(shí)間間隔循環(huán)計(jì)數(shù)，每計(jì)滿10輸出1個(gè)脈沖，即該脈沖的時(shí)間間隔為0.1 s，用該0.1 s的脈沖驅(qū)動(dòng)PLC的C5計(jì)數(shù)器在0～39內(nèi)循環(huán)計(jì)數(shù)，水窖水位隨機(jī)變化；當(dāng)PLC檢測(cè)到液位＞0.4 m時(shí)，C5計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并記錄該計(jì)數(shù)值，此時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為0～39內(nèi)的任意值。將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍平分為4段，每段與相應(yīng)編號(hào)的泵組對(duì)應(yīng)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值落入哪段便啟動(dòng)相應(yīng)編號(hào)的泵組，首臺(tái)泵組投入抽簽器運(yùn)行原理圖和抽簽器梯形圖分別見圖4和圖5。

圖4 首臺(tái)泵組投入抽簽器運(yùn)行原理圖

圖5 首臺(tái)泵組投入抽簽器梯形圖

2.1.2 第2臺(tái)泵組投入抽簽方法

在第2臺(tái)泵組投入之前，已有1臺(tái)泵組投入使用，剩余3臺(tái)泵組處于空閑狀態(tài)。為在剩余的3臺(tái)泵組投入使用時(shí)對(duì)其進(jìn)行均勻覆蓋，抽簽器必須有3個(gè)標(biāo)簽對(duì)這3臺(tái)泵組進(jìn)行全覆蓋。為建立第2個(gè)抽簽器，利用PLC的定時(shí)器T34，以10 ms的時(shí)間間隔循環(huán)計(jì)數(shù)，每計(jì)滿10輸出1個(gè)脈沖，脈沖間隔為0.1 s，用該脈沖驅(qū)動(dòng)PLC的C6計(jì)數(shù)器在0～29內(nèi)循環(huán)計(jì)數(shù)。若首臺(tái)泵組投入之后不能滿足抽水要求，則水位繼續(xù)上升；當(dāng)PLC檢測(cè)到水位＞0.6 m時(shí)，C6計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并記錄該數(shù)值，此時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為0～39內(nèi)的任意值。同樣將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍平分為3段，與剩余的3臺(tái)泵組相對(duì)應(yīng)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值落入哪個(gè)區(qū)間，便根據(jù)第2臺(tái)泵組投入調(diào)度方法投入第2臺(tái)泵組，第2臺(tái)泵組投入抽簽器運(yùn)行原理圖和抽簽器梯形圖分別見圖6和圖7。

圖6 第2臺(tái)泵組投入抽簽器運(yùn)行原理圖

圖7 第2臺(tái)泵組投入抽簽器梯形圖

2.1.3 第3臺(tái)泵組投入抽簽方法

在第3臺(tái)泵組投入之前，已有2臺(tái)泵組投入使用，剩余2臺(tái)泵組處于空閑狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)抽簽器對(duì)剩余2臺(tái)泵組的全覆蓋，此時(shí)抽簽器只需2個(gè)標(biāo)簽即可。抽簽器的建立方法與上面所述方法相同，利用PLC的定時(shí)器T35，以10 ms的時(shí)間間隔循環(huán)計(jì)數(shù)，每計(jì)滿10輸出1個(gè)脈沖，用于驅(qū)動(dòng)PLC的C7計(jì)數(shù)器在0～19內(nèi)循環(huán)計(jì)數(shù)。若2臺(tái)泵組投入之后不能滿足抽水要求，則水位繼續(xù)上升；當(dāng)PLC檢測(cè)到水位＞0.8 m時(shí)，C7計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并記錄該計(jì)數(shù)值，此時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為0～19內(nèi)的任意值。同樣將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍平分為2段，作為剩余2臺(tái)泵組的對(duì)應(yīng)選擇區(qū)間，計(jì)數(shù)值落入哪段區(qū)間，便利用泵組調(diào)度方法，選取第3臺(tái)泵組投入使用，第3臺(tái)泵組投入抽簽器運(yùn)行原理圖和抽簽器梯形圖分別見圖8和圖9。

當(dāng)系統(tǒng)中已有3臺(tái)泵組投入使用時(shí)，若需投入第4臺(tái)泵組，不必再用抽簽的方式，因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)中只有唯一一臺(tái)泵組沒有運(yùn)行，只需直接將該泵組投入運(yùn)行即可。

2.2 泵組投入調(diào)度

為將抽簽器的抽簽結(jié)果與相應(yīng)的泵組一一對(duì)應(yīng)，必須采用一定的調(diào)度方法，以保證泵組投入的完全覆蓋。首先對(duì)4臺(tái)泵組進(jìn)行編號(hào)，分別為1號(hào)泵組、2號(hào)泵組、3號(hào)泵組和4號(hào)泵組。

圖8 第3臺(tái)泵組投入抽簽器運(yùn)行原理圖

圖9 第3臺(tái)泵組投入抽簽器梯形圖

2.2.1 首臺(tái)泵組投入調(diào)度

首臺(tái)泵組的投入相對(duì)簡(jiǎn)單，只需根據(jù)滿足首泵投入條件時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值落入的區(qū)間來直接判斷啟動(dòng)哪臺(tái)泵組，具體調(diào)度方法見表1。

表1 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍與被選中泵組對(duì)應(yīng)關(guān)系

當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為0～9內(nèi)的任意值時(shí)，投入1號(hào)泵組，并標(biāo)記運(yùn)行；當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為10～19內(nèi)的任意值時(shí)，投入2號(hào)泵組，并標(biāo)記運(yùn)行；當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為20～29內(nèi)的任意值時(shí)，投入3號(hào)泵組，并標(biāo)記運(yùn)行；當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為30～39內(nèi)的任意值時(shí)，投入4號(hào)泵組，并標(biāo)記運(yùn)行。首臺(tái)泵組投入調(diào)度程序流程圖見圖10。

圖10 首臺(tái)泵組投入調(diào)度程序流程圖

2.2.2 第2臺(tái)泵投入調(diào)度

由于首臺(tái)泵的投入完全隨機(jī)，只知道4臺(tái)泵組中已有1臺(tái)泵組投入運(yùn)行，當(dāng)?shù)?臺(tái)泵組的啟動(dòng)條件滿足時(shí)，抽簽器的計(jì)數(shù)值落入0～29內(nèi)的3個(gè)數(shù)值區(qū)間內(nèi)。

1）當(dāng)計(jì)數(shù)范圍為0～9時(shí)，將1號(hào)泵組和2號(hào)泵組分為一組，由于系統(tǒng)已啟動(dòng)1臺(tái)泵組，2臺(tái)泵組中至少有1臺(tái)未啟動(dòng)。首先判斷1號(hào)泵組是否啟動(dòng)；若1號(hào)泵組未啟動(dòng)，則啟動(dòng)1號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)；若1號(hào)泵組已啟動(dòng)，則啟動(dòng)2號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)，第2臺(tái)泵組投入結(jié)束。

2）當(dāng)計(jì)數(shù)范圍為10～19時(shí)，將2號(hào)泵組和3號(hào)泵組分為一組，由于系統(tǒng)已啟動(dòng)1臺(tái)泵組，2臺(tái)泵組中至少有1臺(tái)未啟動(dòng)。首先判斷2號(hào)泵組是否啟動(dòng)；若2號(hào)泵組未啟動(dòng)，則啟動(dòng)2號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)；若2號(hào)泵組已啟動(dòng)，則啟動(dòng)3號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)，第2臺(tái)泵組投入結(jié)束。

3）當(dāng)計(jì)數(shù)范圍為20～29時(shí)，將3號(hào)泵組和4號(hào)泵組分為一組，由于系統(tǒng)已啟動(dòng)1臺(tái)泵組，2臺(tái)泵組中至少有1臺(tái)未啟動(dòng)。首先判斷3號(hào)泵組是否啟動(dòng)；若3號(hào)泵組未啟動(dòng)，則啟動(dòng)3號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)；若3號(hào)泵組已啟動(dòng)，則啟動(dòng)4號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)，第2臺(tái)泵組投入結(jié)束。

第2臺(tái)泵組投入調(diào)度程序流程圖見圖11。

圖11 第2臺(tái)泵組投入調(diào)度程序流程圖

2.2.3 第3臺(tái)泵組投入調(diào)度

當(dāng)水窖水位達(dá)到第3臺(tái)泵組的啟動(dòng)條件時(shí)，系統(tǒng)中已有2臺(tái)泵組投入使用，根據(jù)第3個(gè)抽簽器抽到的計(jì)數(shù)值決定第3臺(tái)泵組的投入。

1）當(dāng)計(jì)數(shù)范圍為0～9時(shí)，將1號(hào)泵組、2號(hào)泵組和3號(hào)泵組分為一組，此時(shí)系統(tǒng)已啟動(dòng)2臺(tái)泵組，2臺(tái)泵組中至少有1臺(tái)未啟動(dòng)。首先判斷1號(hào)泵組是否啟動(dòng)；若1號(hào)泵組未啟動(dòng)，則啟動(dòng)1號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)；若1號(hào)泵組已啟動(dòng)，則判斷2號(hào)泵組是否已啟動(dòng)；若2號(hào)泵組未啟動(dòng)，則啟動(dòng)2號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)；若1號(hào)泵組和2號(hào)泵組都已啟動(dòng)，則啟動(dòng)3號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)，此時(shí)第3臺(tái)泵組投入結(jié)束。

2）當(dāng)計(jì)數(shù)范圍為10～19時(shí)，將2號(hào)泵組、3號(hào)泵組和4號(hào)泵組分為一組，3臺(tái)泵組中至少有1臺(tái)未啟動(dòng)。首先判斷2號(hào)泵組是否啟動(dòng)；若2號(hào)泵未啟動(dòng)，則啟動(dòng)2號(hào)泵并標(biāo)識(shí)；若2號(hào)泵已啟動(dòng)，則判斷3號(hào)泵是否已啟動(dòng)；若3號(hào)泵組未啟動(dòng)，則啟動(dòng)3號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)；若2號(hào)泵組和3號(hào)泵組都已啟動(dòng)，則啟動(dòng)4號(hào)泵組并標(biāo)識(shí)，第3臺(tái)泵組投入結(jié)束。

第3臺(tái)泵組投入調(diào)度程序流程圖見圖12。2.2.4 第4臺(tái)泵組投入調(diào)度

若3臺(tái)泵組都投入之后仍不能滿足抽水條件，則水位繼續(xù)上升；當(dāng)水位上升到1 m時(shí)，判斷各泵組啟動(dòng)標(biāo)識(shí)位，投入最后一臺(tái)未啟動(dòng)的泵組，第4臺(tái)泵組投入結(jié)束。

3 系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)

控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要基于控制要求和具體控制方案實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序、手動(dòng)子程序、自控子程序、遙控子程序和通信子程序等5部分。PLC的程序設(shè)計(jì)采用西門子STEP 7-Mico/WIN V4.0軟件編制，采用梯形邏輯圖開發(fā)，提高了軟件的可讀性，便于修改和維護(hù)。

PLC上電啟動(dòng)之后，首先執(zhí)行內(nèi)部初始化，然后根據(jù)選擇的控制方式（手動(dòng)、自動(dòng)和遙控）進(jìn)入相應(yīng)的子程序流程。整個(gè)程序主要包括運(yùn)行前水位和供電狀態(tài)檢測(cè)、正常啟停泵組、運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)和故障報(bào)警、故障停泵等[4]，系統(tǒng)程序流程圖見圖13。

圖12 第3臺(tái)泵組投入調(diào)度程序流程圖

圖13 系統(tǒng)程序流程圖

4 系統(tǒng)模擬實(shí)測(cè)

為檢驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)泵組的調(diào)度是否隨機(jī)，采用模擬的方法輸入模擬水位變化信號(hào)，統(tǒng)計(jì)PLC輸出的4臺(tái)泵組的啟動(dòng)輸出信號(hào)。為保證輸出結(jié)果具有普遍意義，模擬水位變化采用從最低位變化為最高位的800次變化，每臺(tái)泵組在投入序列中的投入次數(shù)見表2。

表2 800次模擬實(shí)測(cè)各泵組投入次數(shù)統(tǒng)計(jì) 次

由實(shí)測(cè)結(jié)果可知：在800次全序列投入實(shí)測(cè)中，各臺(tái)泵組的投入機(jī)會(huì)基本上是均等的；在每次投入中，泵組號(hào)的分布機(jī)會(huì)也基本上是均等的，都為接近200次的理想值；當(dāng)使用的次數(shù)足夠多時(shí)，每臺(tái)泵組的投入機(jī)會(huì)是均等的。因此，該系統(tǒng)采用的泵組調(diào)度方法可實(shí)現(xiàn)各臺(tái)泵組的隨機(jī)投入，進(jìn)而保證各臺(tái)泵組均衡使用，有效降低因某臺(tái)固定泵組長(zhǎng)期使用而導(dǎo)致故障率提高的風(fēng)險(xiǎn)。

5 與其他調(diào)度方法對(duì)比

目前給水、排水系統(tǒng)中常用的多泵組調(diào)度方法有FIFO順序循環(huán)調(diào)度和等時(shí)長(zhǎng)調(diào)度2種[6]。前者按照設(shè)定的順序，采用先進(jìn)先出的方法循環(huán)調(diào)度所有泵組；后者則為每臺(tái)泵組設(shè)定固定時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)運(yùn)行泵組達(dá)到運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)之后停止運(yùn)行，啟動(dòng)后續(xù)泵組并記錄運(yùn)行時(shí)間，保證各臺(tái)泵組的運(yùn)行時(shí)間均等。這2種泵組采用的調(diào)度方法在給水量和排水量不變且長(zhǎng)期穩(wěn)定給水、排水時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)[7]，但對(duì)于柴油機(jī)中間水窖這種來水量和來水時(shí)刻隨機(jī)的排水系統(tǒng)而言存在明顯的不足，此時(shí)采用FIFO順序循環(huán)調(diào)度方法不能保證各臺(tái)泵組均衡使用。此外，當(dāng)出現(xiàn)頻繁隨機(jī)少量來水的情況時(shí)，采用等時(shí)長(zhǎng)調(diào)度方法存在頻繁啟動(dòng)同一泵組的現(xiàn)象，進(jìn)而增加該泵組發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)；而隨機(jī)泵組調(diào)度方法可將多次頻繁啟停動(dòng)作均衡分配至每臺(tái)泵組，降低單臺(tái)泵組因頻繁啟停而損壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，該隨機(jī)泵組調(diào)度方法相對(duì)于以上2種調(diào)度方法，在給水量和排水量隨機(jī)變化的情況下，在泵組運(yùn)行時(shí)間均衡和啟停次數(shù)均衡方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié) 語

本文所述泵組控制系統(tǒng)以西門子S7-200型PLC為控制核心，通過合理設(shè)計(jì)程序和對(duì)原排水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)水窖水位的預(yù)設(shè)高度和變化速度，由“抽簽器”抽簽決定投入哪臺(tái)泵組，確保在自動(dòng)狀態(tài)下泵組投入完全隨機(jī)。該系統(tǒng)在減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，可保證泵組均衡使用并提高設(shè)備的利用率，降低設(shè)備的故障率，節(jié)能增效。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、故障率低，且具有故障自檢和保護(hù)功能，設(shè)置的人工控制方式便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)，擴(kuò)展的通信接口可將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸至中央控制室，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵組的遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)（尤其是基于“抽簽器”的調(diào)度方法）對(duì)其他廠礦的供排水系統(tǒng)也有一定的借鑒意義。