一、系統(tǒng)概述

根據(jù)某總部基地雨水泵站的規(guī)模及工藝要求，結(jié)合多年來(lái)南京康卓環(huán)境科技有限公司在水處理行業(yè)及多個(gè)泵站建設(shè)的成熟技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)使用HMI+PLC系統(tǒng)為本次項(xiàng)目的自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成，再通過(guò)和其他各種外設(shè)的連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整體排水工藝的全過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，并按照預(yù)定的程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全方位的控制以及信號(hào)的采集和傳輸。

圖示2.1 控制原理示意圖

如上圖所示，在現(xiàn)場(chǎng)控制層，現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備信號(hào)輸入PLC的開(kāi)關(guān)量輸入模塊（DI模塊），PLC的CPU通過(guò)邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為控制信號(hào)，由開(kāi)關(guān)量輸出模塊（DO模塊）輸出信號(hào)，控制各泵動(dòng)作。另外通過(guò)超聲波液位計(jì)對(duì)系統(tǒng)的水位進(jìn)行測(cè)量，并將所測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸至PLC的模擬量輸入模塊（AI模塊），PLC根據(jù)從觸摸屏上設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)（各液位的高度）實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。由上圖可知，在現(xiàn)場(chǎng)控制層的所有信號(hào)的采集和傳輸全部通過(guò)PLC控制柜來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二、系統(tǒng)控制邏輯功能

系統(tǒng)的仿真圖（顯示在PLC控制柜的觸摸屏上）如上圖所示。主要控制設(shè)備為四臺(tái)水泵，編號(hào)如上圖依次編號(hào)。一臺(tái)超聲波液位計(jì)，用于測(cè)量實(shí)時(shí)液位作為自動(dòng)控制信號(hào)。畫(huà)面顯示當(dāng)前液位的測(cè)量值，設(shè)定的六個(gè)液位的設(shè)定值，及是否到達(dá)該液位（“液位指示”下方的指示燈）。同時(shí)可選擇顯示各水泵運(yùn)行的時(shí)間累積。

控制方式，本系統(tǒng)控制方式分為：就地控制、集中手動(dòng)控制、集中自動(dòng)控制。

1、 就地控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開(kāi)關(guān)在就地狀態(tài)，各泵的啟?；ゲ魂P(guān)聯(lián)，啟停操作在各泵對(duì)應(yīng)的控制柜上點(diǎn)動(dòng)按鈕操作。此模式下PLC柜上的觸摸屏僅顯示狀態(tài)，不參與控制，對(duì)應(yīng)的控制按鈕無(wú)效。

2、 集中手動(dòng)控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)方狀態(tài)，各泵的啟停互不關(guān)聯(lián)，啟停操作在PLC柜上的觸摸屏上點(diǎn)動(dòng)相應(yīng)按鈕執(zhí)行。同時(shí)觸摸屏上顯示各泵的工作狀態(tài)。

3、 集中自動(dòng)控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開(kāi)關(guān)在遠(yuǎn)方狀態(tài)，各泵的啟停不受人為控制，泵的狀態(tài)由PLC內(nèi)設(shè)定的程序及參數(shù)自行控制。觸摸屏上顯示各泵的工作狀態(tài)。

4、 系統(tǒng)自動(dòng)模式詳細(xì)分解：首先確定系統(tǒng)處于集中自動(dòng)控制模式下。確認(rèn)6個(gè)液位的設(shè)置參數(shù)符合實(shí)際要求（液位設(shè)定在“參數(shù)設(shè)定”頁(yè)面設(shè)定，該頁(yè)面不再附圖）。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的液位自動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行模式如下：

1）、液位一液位最低，為保護(hù)水泵（缺水保護(hù)），當(dāng)水位由高水位回落至此水位以下時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停泵。

2）、液位二高于液位一，為啟動(dòng)一臺(tái)泵的信號(hào)。

3）、液位三高于液位二，液位由液位二升至液位三，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)泵。

4）、液位四高于液位三，液位由液位三升至液位四，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第三臺(tái)泵。

5）、液位五高于液位四，液位由液位四升至液位五，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第四臺(tái)泵。

6）、液位六為最高液位，液位由液位五升至液位六，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。提醒用戶(hù)液位超高（警戒水位報(bào)警）。

7）第一、二、三、四臺(tái)泵并非對(duì)應(yīng)1#、2#、3#、4#泵。系統(tǒng)根據(jù)啟動(dòng)的次數(shù)自動(dòng)輪換起泵，第一次起泵第一、二、三、四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)泵為1#、2#、3#、4#泵。第二次起泵第一、二、三、四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)泵為2#、3#、4#、1#泵。第三次起泵第一、二、三、四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)泵為3#、4#、1#、2#泵。第四次起泵第一、二、三、四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)泵為4#、1#、2#、3#泵。當(dāng)其中的一臺(tái)泵發(fā)生故障時(shí)，立即切換下一臺(tái)泵自動(dòng)投入運(yùn)行。

8）、液位是否到達(dá)的狀態(tài)由液位指示燈顯示，藍(lán)色表示未到達(dá)，紅色表示到達(dá)。液位的設(shè)定值由每液位指示燈右側(cè)的數(shù)值顯示器顯示。

9）、無(wú)論控制模式處于何種模式，各泵的運(yùn)行都進(jìn)行累計(jì)計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在如圖所示的控制柜右側(cè)。

三、系統(tǒng)選型

在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的“心臟”——工業(yè)可編程控制器PLC的選型方面，我們經(jīng)過(guò)反復(fù)、多次地比較發(fā)現(xiàn)，西門(mén)子公司的S7-200系列PLC正是我們所追求的高性?xún)r(jià)比的PLC產(chǎn)品：

性能可靠：性能上完全滿(mǎn)足和超越設(shè)計(jì)要求；

使用成熟：在供排水行業(yè)，電力、污水處理等行業(yè)應(yīng)用；

性?xún)r(jià)比高：與其他公司PLC相比；具有品牌和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)；價(jià)格適中；

網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大：這也是品牌的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)；

升級(jí)方便：從技術(shù)上可以隨時(shí)升級(jí)和代。

四、系統(tǒng)功能

本控制系統(tǒng)具有保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)采集及故障記錄等功能，這些保護(hù)按常規(guī)配置，控制有手動(dòng)和自動(dòng)控制功能，具有聯(lián)鎖裝置。測(cè)量包括電氣測(cè)量和非電氣測(cè)量。信號(hào)采集主要是保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)、設(shè)備故障信號(hào)及其它接點(diǎn)信號(hào)。

控制系統(tǒng)采用可編程序控制器PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、管理、自動(dòng)順序控制，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)即軟手動(dòng)操作。

控制方式使用一臺(tái)觸摸顯示器操作站作為操作平臺(tái)。通過(guò)觸摸顯示器畫(huà)面整個(gè)泵站進(jìn)行監(jiān)視和控制，淘汰了傳統(tǒng)的儀表盤(pán)臺(tái)和按鈕控制。所有運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信號(hào)均應(yīng)能打印記錄。

系統(tǒng)采用自動(dòng)程序控制、就地操作相結(jié)合的控制方式。圖控軟件能顯示整個(gè)泵站的工藝流程及測(cè)量參數(shù)、控制方式、順序運(yùn)行狀態(tài)、控制對(duì)象狀態(tài)等，并能對(duì)參數(shù)進(jìn)行成組顯示、趨勢(shì)曲線顯示和棒圖顯示。當(dāng)參數(shù)越限報(bào)警、控制對(duì)象故障或狀態(tài)變化時(shí)，能以不同顏色進(jìn)行顯示。

系統(tǒng)中硬件方面的所有模件是插接式的，便于更換。系統(tǒng)中任一模件的故障，不影響其他模件的運(yùn)行。系統(tǒng)具有自診斷功能，診斷至I/O模件級(jí)。在程控系統(tǒng)故障時(shí)，能及時(shí)給出LED自診斷故障顯示和音響報(bào)警。

軟件方面，其操作界面簡(jiǎn)單明了，仿真效果好，所有電機(jī)成顏色、動(dòng)態(tài)顯示其狀態(tài)，管路有水流效果，液面有升降效果。操作人員能夠及時(shí)查詢(xún)一次設(shè)備狀態(tài)，并可以人工打印、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。能夠顯示事件信息，事件列表，并提供了各種查詢(xún)手段，還可以進(jìn)行人工置數(shù)操作，報(bào)警確認(rèn)操作，可以顯示在線曲線和歷史曲線，顯示歷史報(bào)表，并且能夠打印