0 引言

　　在新疆的建設(shè)與發(fā)展中,，水資源歷來是最大的制約因素，在可持續(xù)發(fā)展的條件下合理利用現(xiàn)有的水資源一直是學(xué)者和專家研究的熱點(diǎn),。庫爾勒經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)于2007年成立,，規(guī)劃面積為140平方公里，它作為庫爾勒市甚至巴音郭楞蒙古自治州工業(yè)崛起的脊梁,，將帶動(dòng)天山南坡經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展,，但庫爾勒氣候干旱，水資源匱乏成為開發(fā)區(qū)發(fā)展的瓶頸,。新疆某引水工程正是出于對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)平衡的雙重考慮,，于2009年初開始施工建設(shè)。

　　引水工程中的重點(diǎn)在水源附近的泵房,，其功能是把水源中的水抽進(jìn)長達(dá)6.02公里的混凝土管道,，保證水順利到達(dá)開發(fā)區(qū)內(nèi)。取水點(diǎn)與開發(fā)區(qū)之間的高度差約為40米,，使得抽水所用的水泵功率為1250KW才能滿足動(dòng)力要求,，而且，泵房停機(jī)時(shí)的回水壓力巨大,，如沒有科學(xué)的控制與管理系統(tǒng),，會造成管道損壞，威脅管理人員的人身安全[1][2],。本文通過目前先進(jìn)的工業(yè)現(xiàn)場控制方案,，解決了上述問題，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的和諧發(fā)展,。

　　1 泵房的系統(tǒng)構(gòu)成

　　1.1 系統(tǒng)設(shè)備介紹

　　泵房的基本構(gòu)成如圖1所示,，為了保證系統(tǒng)工作的工作效率和穩(wěn)定性,，采用了2條并行的輸水線路選擇性的工作。同時(shí),，在水源的水進(jìn)入抽水系統(tǒng)前,，經(jīng)過一個(gè)過濾池，去除水中存在的各種雜物,，保證系統(tǒng)工作時(shí)的安全,。

　　水泵所用電機(jī)功率為1250KW，額定電壓10KV,，電機(jī)使用軟啟動(dòng)柜進(jìn)行分段啟動(dòng),；5個(gè)調(diào)節(jié)閥選用上海斯托克公司SK系列閥，驅(qū)動(dòng)電壓為380V或220V,，控制信號與遠(yuǎn)程閥位的反饋信號均為標(biāo)準(zhǔn)的4—20mA電流,；出水閥前端各有一個(gè)起保護(hù)作用的單向閥，合并管道前端有泄水管道及泄水的單向閥,；水泵與出水閥之間還安裝有重慶川儀的PDS423壓力變送器,，監(jiān)視管道內(nèi)的壓力變化。



　　圖1泵房的系統(tǒng)構(gòu)成

　　1.2 系統(tǒng)工作要求

　　針對第一條工作線路來說,，1#電機(jī)啟動(dòng)時(shí),，首先調(diào)節(jié)1#進(jìn)水閥全開，1#出水閥全關(guān),，然后1#電機(jī)動(dòng)作,，水泵隨電機(jī)啟動(dòng)開始工作，管道內(nèi)開始進(jìn)水,，管道內(nèi)水壓增大,，當(dāng)壓力變送器檢測到水壓值達(dá)到0.65MPa時(shí)，1#出水閥開始打開,，直至全開,；1#電機(jī)停止時(shí),，1#電機(jī)首先停止工作,，20秒延時(shí)后，1#出水閥開始關(guān)閉,，直至全閉,，1#出水閥完全關(guān)閉后，1#進(jìn)水閥開始關(guān)閉,，直至全閉,。2#電機(jī)的動(dòng)作條件和程序與1#電機(jī)相同，但需要注意的是,，1#電機(jī)與2#電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間間隔為30分鐘,，1#電機(jī)與2#電機(jī)停止的時(shí)間間隔為20分鐘,，如果其中一臺電機(jī)單獨(dú)工作，可以隨時(shí)啟動(dòng)或停止,。

　　2 泵房的控制系統(tǒng)搭建

　　泵房安全狀態(tài)受到設(shè)備工作情況的影響,，選擇控制器的重點(diǎn)在于其工作的穩(wěn)定性，經(jīng)過多方面的比較,，決定采用西門子公司的S7-200PLC作為控制核心,。S7-200PLC是西門子公司開發(fā)的小型可編程控制器，可以單機(jī)控制,，也可以進(jìn)行模塊的擴(kuò)展,，屬于整體式結(jié)構(gòu)。它價(jià)格低廉,、結(jié)構(gòu)小巧,、可靠性高、運(yùn)行速度快,，有極豐富的指令集,，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，具有很高的性價(jià)比,。CPU選擇了224XPCN,，該CPU集成有14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)；數(shù)字量擴(kuò)展模塊選擇了EM223,，該模塊有8輸入/8輸出共16個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn),；模擬量模塊選擇了EM235，該模塊有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出[3],。上位的人機(jī)界面選擇了兩種方式,，一是工控計(jì)算機(jī)，二是觸摸屏,。

　　整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示,。



　　圖2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　PLC控制高壓軟啟動(dòng)柜，從而達(dá)到啟動(dòng)或停止電機(jī)的目的,，同時(shí)把電機(jī)的狀態(tài)信息傳回至上位機(jī)和觸摸屏,；安裝在管道上的壓力傳感器的信號和調(diào)節(jié)閥的閥位信號通過防干擾的信號隔離器，進(jìn)入EM235模塊,，通過模塊間的排線將信息傳送到CPU中,。

　　3 控制程序與監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

　　3.1 控制流程圖

　　根據(jù)泵房的工作流程，編寫了控制流程圖,，如圖3所示,。



　　圖3泵房控制流程圖

　　3.2 梯形圖與HMI畫面的編寫

　　S7-200PLC使用STEP7-Micro/WINV4.0軟件編寫程序，編程語言選擇了技術(shù)人員所熟知的LAD,。PLC的CPU需要同時(shí)與觸摸屏和工控機(jī)通信,，224XPCN型號的CPU恰好有2個(gè)485串口,，Port1口與觸摸屏連接，Port0口采用Modbus的通信協(xié)議與工控機(jī)連接[4],。在工控機(jī)的人機(jī)界面中,，沒有單獨(dú)的組態(tài)軟件對輸水的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，這些信息與泵房內(nèi)的高低壓變電設(shè)備信息一起,，集成在四川金泰格公司自主開發(fā)的監(jiān)控軟件中,。

　　梯形圖的Modbus初始化程序如圖4所示。MBUS_INIT指令中,，Mode用來選擇通信協(xié)議,，將其輸入值設(shè)定為“1”，表示CPU將Port0口定義為Modbus通信協(xié)議,，并使能該協(xié)議,；Addr用于設(shè)置站地址的值；Baud用于設(shè)置通信的波特率,，可以設(shè)定為1200,、2400、4800,、9600,、19200、38400,、57600或115200共8個(gè)值,，在此選擇9600；Parity用于設(shè)置校驗(yàn),，使Modbus的從站與主站相匹配,；Delay用于設(shè)置延遲參數(shù)，由于本系統(tǒng)為有線網(wǎng)絡(luò),，所以設(shè)置該參數(shù)為典型值0,；MaxIQ用于指定主設(shè)備可以使用的I/O點(diǎn)數(shù)；MaxAI指定了主設(shè)備可以使用的模擬量輸入字的個(gè)數(shù),；MaxHold指定了主設(shè)備可以訪問的保持寄存器的最大個(gè)數(shù),；HoldSt～用于設(shè)置保持寄存器的起始地址[5]。當(dāng)MBUS_SLAVE指令對Modbus請求作出應(yīng)答時(shí),，“完成”輸出打開,，如果沒有需要服務(wù)的請求時(shí)，“完成”輸出關(guān)閉,。“錯(cuò)誤”輸出包含執(zhí)行該指令的結(jié)果，該輸出只有在"完成"打開時(shí)才有效,，如果"完成"關(guān)閉,，錯(cuò)誤參數(shù)不會改變[6],。

　　此外，由于泵房內(nèi)的2條輸水線路工作順序相同,，所以對其編寫了子程序,，在主程序中分別調(diào)用，賦予不同的實(shí)參即可,。這一優(yōu)點(diǎn)縮短了程序編寫的時(shí)間,，同時(shí)增加了CPU的工作效率。



　　圖4Modbus初始化



      圖5MT500HMI界面

　　HMI設(shè)備選擇的是威綸通科技有限公司生產(chǎn)的MT500觸摸屏,，它具有很高的性價(jià)比,，可以滿足現(xiàn)場的工作要求。為觸摸屏編輯畫面的軟件為EasyBuilder,，共建立了狀態(tài)畫面,、1#電機(jī)操作畫面、2#電機(jī)操作畫面,、泄水閥的控制,、報(bào)警畫面5個(gè)窗口[7]。圖5所示為1#電機(jī)操作畫面,，有電機(jī)停止和啟動(dòng)的手動(dòng)按鈕,，有電機(jī)的狀態(tài)指示，有管道工作壓力值,，還有進(jìn)水閥與出水閥的控制按鈕和狀態(tài)指示,，畫面結(jié)構(gòu)簡單，可以容易的被工作人員理解,。

　　4 結(jié)語

　　該控制系統(tǒng)采用了目前典型的工業(yè)控制方案,，硬件的選擇與搭配考慮了工作可靠性與經(jīng)濟(jì)適用性兩個(gè)方面。自該引水工程竣工以來,，運(yùn)行結(jié)果證明,，泵房的控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，開機(jī)與停機(jī)過程中沒有出現(xiàn)安全事故,，節(jié)省了人力,，降低了輸水成本，實(shí)現(xiàn)了泵房實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理等功能,，對整個(gè)引水工程的自動(dòng)化管理起到了至關(guān)重要的作用,。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2]肖順利.PLC在污水處理廠多臺泵中的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代,，2007（7）:92-93

　　[3]吳志敏,，陽勝峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M].中國電力出版社，2009:1-8

　　[4]廖常初.S7-200PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,，2007:88-89,，149-156

　　[5]陳銘.基于MODBUS協(xié)議的設(shè)備和PLC實(shí)現(xiàn)通信的研究[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,30（4）:60-62

　　[6]SIMATICS7-200PLC手冊[M].西門子公司,，2003.

　　[7]MT500使用手冊[M].威綸通科技有限公司,，2008.