基于S7-200的潛水泵站自動(dòng)控制技術(shù)
1、引言 冶金企業(yè)由于其生產(chǎn)工藝的特殊性，水泵的應(yīng)用很廣泛。其中，一部分是各種類型的潛水泵。本文通過對(duì)西門子S7-200型PLC在潛水泵站控制系統(tǒng)的功能開發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了潛水泵的降壓?jiǎn)?dòng)，水位自動(dòng)控制和兩泵故障互投控制，并集異地遠(yuǎn)控、電機(jī)過載保護(hù)和漏水監(jiān)測(cè)、溫升異常檢測(cè)于一體，結(jié)合豐富的報(bào)警顯示功能，實(shí)現(xiàn)智能型無人值守泵站的功能。2、控制系統(tǒng)組成及其功能要求 在一般的進(jìn)排水工作場(chǎng)合，因?yàn)閷?duì)水壓與流量無嚴(yán)格要求，加之交流變頻控制和軟啟動(dòng)裝置所需的一次性投資較大，所以水泵電機(jī)采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)控制，不失為一個(gè)好方案。自耦變壓器只是在啟動(dòng)瞬間持續(xù)通電約10余秒鐘（視電機(jī)功率大小有所延長(zhǎng)），即被切除，能耗問題可以忽略。電機(jī)主回路另設(shè)熱繼電器過載保護(hù)，互感器電流檢測(cè)。水泵電機(jī)（75Kw）主回路自耦降壓控制原理見圖1。 控制回路硬件組成：⑴PLC器件包括西門子S7-200系列224CPU模塊一只，擴(kuò)展單元包括EM235模擬量模塊一只，4路輸入/1路輸出，開關(guān)量輸入輸出模塊EM223一只;⑵ 外設(shè)器件為液位控制器（JY-2A型）一套，電機(jī)自帶鉑電阻溫度傳感器兩只，電流互感器（150A/20mA）兩只及數(shù)顯電流表一只，按鈕、指示燈（DC24V）若干。模擬量模塊EM235硬件配置見圖2。 控制功能要求：兩潛水泵電機(jī)在水位處于所設(shè)定的上下限之間（潛水泵電機(jī)需浸水冷卻），電機(jī)無漏水情況和電機(jī)溫升無異常（不大于60℃）時(shí)，均能開啟任意一泵。若水位降至下限時(shí)，出于保護(hù)電機(jī)考慮，應(yīng)自動(dòng)停泵。當(dāng)水位上升到下限時(shí)，水泵不應(yīng)啟動(dòng)，水位繼續(xù)上升至上限位時(shí)，水泵應(yīng)自動(dòng)開啟，開啟順序應(yīng)以 1#泵優(yōu)先，1#泵因故未能運(yùn)行，發(fā)出故障警報(bào)，通知維修人員前來處理，同時(shí)啟動(dòng)2#泵投用。兩泵均不能正常投用時(shí)，為一級(jí)事故報(bào)警。水位處于上下限之間，在用泵發(fā)生因?yàn)殡姍C(jī)漏水、溫升異常、電機(jī)過載保護(hù)動(dòng)作、主回路空氣開關(guān)跳閘等情況，導(dǎo)致停泵時(shí)，要迅速啟動(dòng)另一水泵投用。在啟動(dòng)任意一臺(tái)水泵時(shí)，均要檢測(cè)該泵距上次啟動(dòng)間隔時(shí)間，以保證間隔時(shí)間大于10分鐘時(shí)，才能再次啟動(dòng)運(yùn)行該泵。3、PLC程序設(shè)計(jì) 3.1 PLC I/O功能表 數(shù)字開關(guān)量輸入/輸出功能表見表1。模擬量由4路輸入1路輸出組成，分別是：1#和2#泵電機(jī)的負(fù)載電流與電機(jī)繞組溫度檢測(cè);因?yàn)槿魏螘r(shí)間只有一臺(tái)泵運(yùn)行，所以一路輸出作為電機(jī)負(fù)荷電流的數(shù)碼顯示，便于主控室操作人員查看。 表1
3.2 PLC系統(tǒng)控制流程 控制主程序分別調(diào)用三組子程序，依次進(jìn)行PLC系統(tǒng)上電的硬件自檢、控制器件初始化、模擬量數(shù)據(jù)采集輸出處理，然后進(jìn)入電氣聯(lián)鎖自動(dòng)控制運(yùn)行程序。其中，硬件自檢子程序通過讀取系統(tǒng)信息，主要檢測(cè)作為第一擴(kuò)展模塊的模擬量模塊EM235是否已經(jīng)可靠鏈接，模塊自身是否存在故障，CPU模塊提供給擴(kuò)展單元的DC24V電源是否正常，硬件自檢子程序LAD見圖3。初始化子程序，對(duì)控制器件進(jìn)行初始化，復(fù)位清零，避免程序內(nèi)部寄存干擾，以保證程序穩(wěn)定運(yùn)行。模擬量數(shù)據(jù)采集輸出處理子程序組包括四個(gè)子程序：分別是1#和2#水泵電機(jī)的負(fù)荷電流讀入處理及輸出顯示子程序和電機(jī)繞組溫度檢測(cè)子程序。因?yàn)?#、2# 電機(jī)電流和繞組溫度共4點(diǎn)模擬量的采集輸入地址不同，所以在控制程序的編寫上要一一給出，但是實(shí)際運(yùn)行中任意時(shí)刻只有一臺(tái)水泵在工作，因此只有一臺(tái)電機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)處理的兩個(gè)子程序在運(yùn)行。程序的執(zhí)行時(shí)間也是有保證的。 在該控制系統(tǒng)中，電機(jī)的運(yùn)行電流和繞組溫度兩個(gè)模擬量的檢測(cè)，不僅僅是控制參數(shù)的采集顯示，以供操檢人員觀察判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài);而且通過西門子S7-200PLC對(duì)兩參數(shù)是否異常的辨別判斷，據(jù)此發(fā)出警示指明故障類型，同時(shí)決定泵的停止與投用，直接參與系統(tǒng)控制。 3.3電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的采集和控制功能的實(shí)現(xiàn) 在控制主程序的初始化子程序中，預(yù)置電機(jī)電流和繞組溫度兩模擬量的采樣計(jì)數(shù)器頻次，為增加數(shù)據(jù)穩(wěn)定性而采取多次采樣累積后求平均值，因此相關(guān)運(yùn)算寄存器要預(yù)先清零。然后，系統(tǒng)在通過擴(kuò)展單元故障檢測(cè)后，即進(jìn)行模擬量采集處理。又分兩個(gè)子程序獨(dú)立進(jìn)行電機(jī)負(fù)荷電流和繞組溫度的采樣、運(yùn)算、輸出和判斷。均為采用多次采樣求和，通過移位除法求出平均值。不同的是電流值（寄存于VW20）一方面經(jīng)傳輸指令由EM235的輸出通道AQW0輸出顯示，該部分控制程序STL見圖4;另一方面作為水泵是否有效運(yùn)行的狀態(tài)檢測(cè)，以此判斷電機(jī)故障和啟用備用泵。電機(jī)繞組溫度，作為控制級(jí)別較高的參數(shù)，經(jīng)過采集處理，由比較指令結(jié)合定時(shí)指令進(jìn)行判斷，若溫升出現(xiàn)異常，即迅速停止電機(jī)運(yùn)行。 
