PLC在老虎潭引水工程加压系统中的应用.pdf

第3 期 2 0 1 1 年6 月 水 利 信 息化 珥台 f e r Re s o u r c e s I n f o r m a t i z a t i o n N0 - 3 J un． ， 2 01 1 P L C在老虎潭引水工程加压系统中的应用 袁建军，隆威，季国安 水利 部南京水利水文 自动化研究所，江苏南京2 1 0 0 1 2 摘要目前大多数引水工程建设，远距离输水需要 中途加压，才能使水源满足城市供水要求，为此采用 P L C ， 使控制程序既具有处理复杂逻辑控制的能力，又具有方便修改流程参数的能力。在分析具体监测系统控制流程 的基础上 ，介绍 了利用 P L C的梯形 图编程进 行逻辑控制 的方法，给 出了程序原 理 图，讨论 了温度 保护 、变频调 速控制、数据采集和处理等主要 问题的处理方法。具体应用说明采用 P L C通过编写梯形图进行引水工程加压控 制，可有效地提高加压 系统的_Y - 作效率。 关键词 P L C ；梯型 图； 引水工程；加压 系统 中图分类号 T V 6 7 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 4 - 9 4 0 5 2 O 1 1 0 3 - 0 0 5 2 - 0 4 0 引言 目前 随着 水环 境 的污染 ，越 来越 多的城 市开 展 引水工 程建 设 ，远 距离输 水需要 中途加 压 ，才能 使 水源满足城市供水要求。浙江省湖州市的老虎潭水 库引水工程即为长距离加压式引水工程，由输水管 线 、管理站 、 中途 加压 泵站组成 。输 水管线 起 自老 虎潭 水库 ，终 点至城 北水 厂 ，全 长 3 9 k m，工程 规 模 3 0万 m ／ d 。为保 证输 水安 全 、可 靠 ， 同时满 足 控制 、监测 、管 理的需 要 ，引水工程 设置 了 l 套 仪 表控 制系统 ，用 于取水 管理站 、加压 泵站 设备 的控 制，输水管线沿线压力的检测 。控制系统 以有线方 式将 数据 传送到 水库和 水厂控 制 中心 ，用 于输水 管 线调度系统的统一控制和 管理。 中途 加压 站 自控 系统 的流程 控制 过程 和通讯 由 P L C完成。P L C即可编程控制器，是指以计算机技 术为基础 的新型工业控制装 置，具有 以下优 点1 可靠性高 ，抗干扰 能力强，维护方便 ；2 P L C采用 扫 描式工 作方式 ，特别 适合 于逻辑 控制要 求较 高的 顺序控制；3 体积 小，重 量轻 ，能耗低 ⋯。 老 虎潭 水 库 引 水 工 程 是饮 用 水 供 水 工程 ， 控 制 系 统 需不 问断 运行 ，可 靠 性 十 分 重要 ， 因此 用 P L C做此 设计是 需要 的，也是容易的。 在 引水 工 程 中 ，P L C 不仅 负 责泵 阀 的运 行 控 制，而且完成现场分析仪表的读数采集工作，该项 目采 用 AC 5 0 0及 AC5 0 0 - e C o系 列 P L C，A C5 0 0 - e C o系列 主要 实现对 液控 蝶 阀信号 的采集 、控制 ； AC 5 0 0系列 实现对开 关柜 、变 频器 、进 水 阀等 电气 设 备信 号 的采集 和控 制 。通 过使 用 C o De S y s V2 ． 3 软件 编写 梯形 图语言进 行逻 辑控制 ，实现 整个监 控 过程 的 自动 化 。在此 系统 中，压 力检测 ，重力 加压 模 式切换 、加压 、 出水蝶 阀开启 ，沿线 压力数 据上 传 、恒压控制等 一系列过程 ，都是 在 P L C控 制下 自 动完成 的。 1 系统控制流程 中 途 加 压 站 泵 房 内 设 有 5台 加 压 泵 ， 功 率 为 3 5 5 k W ，均为变 频调速 。泵站 内还设有超越管 ， 控 制系统将 根据 需水 量和 吸水罐 的压力 来控制 是否 要超 越或 者使 用加压 泵供 水 ，从而满足 正常供 水 。 近期工程采用吸水罐的压力及系统的需水量进行加 压和 超越 重力 2种供 水方式 的切 换 。加 压供水 向重 力 供 水 的切 换如 下 当水 库 水位 为 2 8 m，且 需水 量 Q ≤ 1 2万 1 T I ／ h ，或 水库 水 位 ≥ 4 9 r n ，且 需水 量 Q≤ 1 7 ． 9 万 1 1 1 ／ h时，系统停止加压泵工作，打开 收稿 日期2 0 1 卜0 2 2 8 作者简 介袁建军 1 9 8 3 ～，男，江苏南京人 ，本科 ，主要从事水利 自动化方面的工作。 第 3 期 袁建军等P L c在老虎潭 引水工程加压系统 中的应用 5 3 旁通管的 D N1 4 0 0电动 阀门，实现重力供水 。 重力 供水 向加压 供水 的转 换如 下 当水库 水位 在 2 8 4 9 m之 间，且需水量 Q1 7 ． 9万 m ／ h ，系统 控制关 闭旁通 管 的 D N1 4 0 0电动 阀 门，启动加 压泵 工作 ，实现加压供水 】 。 加 压站监 控 系统 以设在 加压站 控 制中心 的 网络 交换机为 核心进 行 组 网，在控制 中心 设有 3套工 控 机 其 中 1套用 于沿 线压 力监 测系 统 、2套计算 中途加压站 机 、 1套 网络激 光 和 针 式 打 印机 及 UP S电源 等 设 备 。沿线 4 0 k m 管 线布 设 8个输 水管线 压力 自动监 测测 压点 ， 由于 这 8 个 点布 设在野 外 的阀井 内，因 此 以 G P RS作 为组 网方式 ，通过蓄 电池供 电。在 中 途 加压 站设 置接 收中心 ，通过计 算机 及软件 将相关 压 力数 据汇 总到加 压站 的压力 分析 系统 ，从而为管 线 加压 泵 的运 行提 供决策 依据 。 中途 加压 站 网络如 图 1 所示 。 变频器 电磁 阀 超声波 液位计 压力变送器 图 1 中途加压站 网络 图 老 虎潭 水库 引水 工程加 压 站 自动 监控 系统 中 ， 监 测参数 包括 电机 温度 和转速 、液 控蝶 阀和 沿线 压 力 、排 水泵 水位 、开关柜 各状 态等 参数 。系统 根 据 加压管路 的状 态 ，切换相 应动 作 ，通过对 管路 泵 阀的控制 实现对 整个 流程 的控制 ，管 路包括 进 水 、 加压 、出水和辅机 4部分管路 。 管路 中 安装 的泵 阀如下 进水 部 分为进 水 总管 和超越管 蝶阀；加压部分 为 1 ～5号加压 泵 ；出水 部 分 为 1 ～5号液控蝶阀；辅机部分为排水泵等设备 。 系统控制流程图如图 2 所 示。 在此控制过程中， P L C起时间继电器和通讯服务 器 的作用。 P L C上每个输入输出点对应 1 个泵或阀。 2 梯形 图实现过程 2 ． 1 数据采集 采集 的变量主要为开关量及模拟量信号，数字 信 号采集使 用 DC 5 2 3模块 ，模拟量信 号采 用 AI 5 2 3 水 利 信 息 化 2 0 1 1 3 开始 综合报警 二 ＼／ 毛 闭超越管 ＼／ 开保压阀 ＼／ 臻 N 及水 罐 压 刮开 泵 压 力 ／ ＼ ／ 开 离 心 泵 ＼／ i N 到设定值 ／ ＼／ 开出水管 ＼／ Y ， 弭加 、 _ 结束 报警 图 2 系统控 制流程 图 模块 。 图 3为数字信 号采集程序 ，％I X0 ． 4中的 0代表 数字量模块 DC 5 2 3靠近 C P U的第 1 块模块 ，4代 表第 1 块模 块 的第 4个输 入 点；％MXO ． 0 ． 4代表 内 部寄存 器 的 1 个变 量点 ，第 1 个 0代 表 1 个 段 总共 可有 8个段 ，第 2个 0为字节 ，软件 规定 最多可 以 定义为 3 2 7 6 7个字节 ，最后 1个 4代表字节 中的 第 4 位 。这样就可把 1 个开关量输入采集到内部寄 存器中 J 。 ％ MX0 ． 0 ．4 一 图 3 数字信号采集程序 图 4为模 拟量 信号 采集程 序 ， 图中所 示把 1 个 模 拟 量 输 入 到 内部 寄存 器 中 ， 1个 模 拟 量 输 入 需 要 1 个字节 的存储 ，所 以用 ％MW 寄存器采集 。 加 压 站 一 般 都 有 许 多 互 锁 环 节 ， 比如 定 子 温 度 大 于 5 0 。 时 跳 闸 ， 图 5为数 据 比较 指 令 程 序 ， M OVE f ⋯⋯ ⋯一一 1 E N i ．． ． ． ．． ． ． ．． ． ． ．． ．． ． ． ．． ． ． ．． ． ． j ％ I W 21 一 ％ M W O ． 4 0 图4 模拟量信号采集程序 当 ％ MWO ． 5 0中 的数值 ≥％ MW0 ． 4 0数 值 时 ，触 发 ％MX O ． 7 ． 1 这 个 内部位 ，这可 以在温度 、压力等 数字量比较时用到 。 GT EN ％ M W 0 ．4 0 一 ％ M W 0 ． 5 0 一 图 5 数据 比较程序 ％ MXO． 7． O 2 ． 3 数据互锁和输 出 数据 通过 比较 后需 要执行 动作 ，图 6为 开关量 输 出指令 ，梯形 图最后 的 ％ Q x3 8 ． 5 代表开关量输 出 模块 DC 5 2 3的 1 个输 出线 圈 注 AB B 中 DC系列 模块 输入 输 出功能 都具 备 ，线 圈 ％ QX3 8 ． 5 前 面 内部变量点代表触发线圈 ％ Q X3 8 ． 5必须满足的条 件 ，当条件 都满 足 时，输 出线 圈动作 ，产生 开关动 作 【 5 】 o ％ M xo ． 2 2 ． 5 ％ M X0 ． 6 ． 1 ％ J L 一 - I I，． -／ I ⋯一 1 ]r]r_ l ／r1／ i ％ M X0 ． 7 ． 0 ％ M X0 ． 6 ． 2 - _ ％ Q x3 8 ． 5 图 6 开关量输出程序 图 7为数 值量输 出程 序 ，当 中 ％ Q WO ． 3 0为其 中1 个 数 值量 的输 出 ，在 引水 工程 加压 站 自控 系统 中 ，作 为变频 器控制 指令 ，当需水量 不 同时，调节 电机转速使之符合相应的工作环境 。 ％ I X 图 7 数值 量输 出程序 ％QW0 ． 3 0 2 ． 4 上位机通信及联系 8 个输水管线压力 自动监测测压点以 G P R S为组 网方式，在中途加压站设置接收中心 ，中心上位机 一般为工业计算机 采集数据后，当压力大于设 定 值时 ，上 位机 通过 以太 网下发指 令到 P L C内，一 第3 期 袁建军等P L C在老虎潭引水工程加压系统中的应用 5 5 般发送指令为数字量 ，如 图 6中的 ％ MX 2 2 ． 5 ，从而 控制 电机运 行 。同时上位机采 集 P L C 内部 寄存 器数 据，显示到上位机 中。 3 结语 老虎 潭水 库 引水工 程 ，是 国家 饮水 安全 工程 的 典 型 项 目。通 过 编 写梯 形 图编 制 程 序 控 制 系 统 ， P L C 的运 用 不 仅提 高 了设 备 监 控 的可 靠 性 ， 提 高 了工 作效率 ，同时 明显 提高 了泵站 的综 合 自动 化管 理水 平 ，给 国家 带来 显著经 济效益 。同时引水 工程 建 设 处 于成 长 阶 段 ，没 有 太 多 的 经验 借 鉴 ，有 许 多 引水 运 行 数 据 还 需 收 集 ， 如 何成 为一 种 标 准 的 自动化 生 产 管 理 模 式 还 需进 一 步发 展 ， 目前 随 着 经 济发展 ，水 质污 染 ，许 多城 市在新 建水 源地 ，基 于 P L C的 自动化控 制系统将会 在未来 的引水工程 中 普及并发挥更多的作用 。 参考文献 [ 1 ] 于庆广 ． 可编程控制器 原理及系统设 计[ M】 ． 北京 清华 大学 出版社 ，2 0 0 4 l 1 0 -1 8 9 ． [ 2 ] 水利 部南京水 利水文 自动化研 究所 ． 湖 州老虎潭水 库施 工设计 [ R 】 ． 南京 水 利部南京水 利水文 自动化研究所 ， 200 85 -7． [ 3 】 施 耐德中国有限公司． AB B P L C AC 5 0 0编程软件 P S 5 0 1 培训教程[ R ] ． 北京 施耐德 中国有限公司 ，2 0 0 5 4 5 - 9 3 ． [ 4 ] 张凤珊． 电器控制及 可编程序控 制器 [ M】 ． 北京 中国轻 工业 出版社 ，1 9 9 9 8 9 - 1 0 3 ． [ 5 ] 廖长初 ． 可编程序控 制器的编程方法与工程应用 [ M] ． 重 庆 重庆大学 出版社 ，2 0 0 1 7 9 - 9 8 ． P L C A p p l i c a ti o n i n B o o s t e r P u mp S t a t i o n o f L a o h u t a n Wa t e r D i v e r s i o n P r o j e c t Y UAN J i a n j u n ， L O NG We i ， J I Gu o a n N a n j i n g A u t o ma t i o n I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o l o g y , Mi n i s t r y o f Wa t e r R e s o u r c e s ， Na n j i n g 2 1 0 0 1 2 ， C h i n a Ab s l r a o t P r e s e n t l y , o n mo s t wa t e r d i v e r s i o n p r o j e c t s ， h i g h p r e s s u r e s h o u l d b e a d o p t e d f o r l o n g d i s t a n c e w a t e r c o n ve y a n c e t o s a t i s f y t h e r e q ui r e me n t s o f u r b a n wa t e r s u p p l y ． Th e P LC s o f t wa r e f o r bo o s t e r p u mp s t a t i o n s i s d e ve l o p e d ， S O t h a t c o n t r o l p r o g r a m n o t o n l y h a s t he c a p a c i t y o f pr oc e s s i n g c o mp l e x l o gi c s y s t e m ，i t a l s o h a s t h e c a p a c i t y o f c o n v e n i e n t mo d i fic a t i o n o f flo w pa r a me t e r s ． Th r o u g h a d e t a i l e d a n a l y s i s a b o u t c o n t r o l flo w o f t he mo n i t o r i n g s y s t e m， t h e a r t i c l e p r e s e n t s l o g i c c o n t r o l a p p r o a c h e s b y PLC l a d d e r d i a g r a m pr o g r a mmi ng ，g i ve s t h e o r e t i c a l d i a g r a m o f t he p r o g r a m，a nd a d d r e s s e s s o l u t i o n s for p r i ma l pr o bl e ms o f t e mpe r a t u r e pr o t e c t i o n ，v a r i a bl e f r e q ue nc y c o n t r o l ，d a t a c ol l e c t i o n a n d pr oc e s s i n g ．I t s a p p l i c a t i o n i n d i c a t e s t h a t p r e s s u r e c o n t r o l b y PLC l a dd e r d i a g r a m p r o g r a mm i n g c a n e ffe c t i v e l y i mp r o v e wo r k i ng e ffi c i e n c y o f b o o s t e r p u mp s t a t i o n ． K e y w o r d s P L C ； l a d d e r d i a g r a m； w a t e r d i v e r s i o n p r o j e c t ； b o o s t e r p u mp s t a t i o n 简讯 水利部教育部共建河海大学武汉大学等 8 所高校 2 0 1 1 年 6月 1 0目，水利部和教育部在京举行签 字仪式 ，共建河海大学 、武汉大 学、清华 大学、中国农业 大学 、天津大学 、大连理工大学、 四川大学、西北农林科技大学 8 所高校 。水利部部长陈雷主持签字仪式，与 教育部部长袁贵仁代表双方签署协议并讲话。水利部副部长矫勇，中纪委驻水利部纪检组组长董力，水利部副 部长周英、胡四一、刘宁、李国英，教育部副部长杜占元、部长助理林蕙青出席签字仪式。根据共建协议，水 利部和教育部将支持 8 所高校在人才培养与学术交流、科技咨询与科技合作、学科与创新平台建设等方面加快 改革发展步伐，并建立定期磋商机制。 本刊编辑部