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SIEMENS-西门子自动化与驱动集团PLC事业部

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SIEMENS SIMATIC S7-300 PLC在排水泵站自动化监控系统中的应用

文件大小: 格式: 发布时间:2003-08-20 浏览次数:
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【中文关键词】 SIEMENS-西门子自动化与驱动集团PLC事业部SIEMENS  SIMATIC  S7-300  PLC  排水泵站  自动化监控系统  应用可编程控制器    
【摘要】 排水泵站(下简称泵站)作为市政建设和管理工程的主要设施,担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当 落后的状况,与国外相比具有很大的差异。 在电气控制上,自动化监控程度低,大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上,大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。泵站控制和管理没有形成区域化的网络。随着国民经济的飞速发展,对市政建设和管理提出了更高的要求。所以必需对现有泵站控制和管理进行改造和完善。向国外无人化泵站监控管理发展,以达到减员增效和提高管理水平的目的。该项目是以上海市浦东新区塘桥泵站为实施对象,进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
【部分正文预览】

排水泵站(下简称泵站)作为市政建设和管理工程的主要设施,担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当 落后的状况,与国外相比具有很大的差异。 在电气控制上,自动化监控程度低,大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上,大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。泵站控制和管理没有形成区域化的网络。随着国民经济的飞速发展,对市政建设和管理提出了更高的要求。所以必需对现有泵站控制和管理进行改造和完善。向国外无人化泵站监控管理发展,以达到减员增效和提高管理水平的目的。该项目是以上海市浦东新区塘桥泵站为实施对象,进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
2.泵站工况概述
塘桥泵站位于上海市浦东新区塘桥路黄浦江边,该泵站主要用于附近地区的污水排放处理和防汛抗涝。服务面积240公顷,总排水量为13.8米3/秒。
2.1设备分布
同大部分的泵站一样,其设备分布平面图如下(图1)所示。
①进出水闸门:用来防止黄浦江江水倒灌和泵站维修。
②集水池:地下管道的污水汇集在此集水池,集水池被不锈钢格栅分成内外区,污水由内区流经格栅除污后,到外区排入黄浦江中。集水池内外区边安装有超声波液位仪用来检测内外区水位和水位差。
③除污机:泵站装有钢丝绳牵引式格栅除污机2台,除污机用于把附于格栅上的垃圾和污物从集水池中提出来处理。
④变压器房:为保证泵站的可靠工作,泵站建有两座800KVA电力变压器。电力变压器安装有温度监控器监测三相温度,当温度超限能自动启动风机降温和报警。
⑤水泵房:塘桥泵站安装了六台180 kW的轴流水泵;在存水房装有水位检测器。
⑥控制柜房:房内装有进线柜2台(柜1,13);功率因素补偿柜4台(柜2,3,11,12);泵开关柜(柜4-6,8-10)和联接柜1台(柜7)。
 

图1
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2.2控制要求
以塘桥泵站为设施对象,进行整个泵站的自动化监控和管理的改造。
①改造泵站的水泵控制开关柜,使之具有就地和远程控制的功能。
②改造泵站的功率因素补偿柜,能实现就地自动补偿和远程电网监控。
③改造泵站的变压器房对于变压器A,B,C三相温度进行远程显示,高温报警等功能;
④建立泵站的控制室,对泵站实施三级控制,在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜。
⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC,对整个泵站实现自动化监控 ,水泵将根据泵的状态 ,水位,雨量,电网状况,闸门位置等工况自动投切。
⑥通过对水位差的检测,提示或自动投切除污机。
⑦采用高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏,对整个泵站进行动态监控管理,故障报警,工况记录和报表打印。
⑧预留通信接口,可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。
3.硬件系统构成
根据以上要求,我们开发研制了下述这套塘桥泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要 的配置如下。
3.1 PLC配置
泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求 ,PLC总体配置如下:
① 中央处理模块(CPU):选用CPU314,内存RAM扩展到64K。
② 数字量输入模块(DI):选用SM321,共8块(16点/块)。处理128点输入信号。
③ 数字量输出模块(DO):选用SM322,4块为16点/块,4块为8点/块。处理96点输出信号。
④ 模拟量输入模块(AI):选用SM331,共3块(8点/块)。处理24点输入信号。
⑤ 通信模块:选用CP340,共2块,1块为RS232接口,1块为RS485接口。
PLC采用了四个框架,在RTU信号柜内有三个,其中一个为备用扩展框架;另一个在操作台内,通过IM361扩展连接,这样简化了接线,大大地提高可靠性。
3.2触摸屏配置
触摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI(当时SIEMENS还没有此类HMI)来 实 现上述要求。HMI是以RS232接口与PLC的CP340连接,采用SIEMENS的3964R的协议完 成 通信。
3.3电网监控配置
电网监控采用法国SOCOMEC公司的DIRIS M型的电量监控器,可检测三相四线制 的相电压,线电压,相电流,零线电流,有功无功功率,功率因素,频率及相应的最大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接,传送电网监控数据。因为泵站是采用 双路电网进线,故应用了两套电量监控器,分别安装两侧进线柜上。
其他的装置的信号都是通过数字量或模拟量点出点入与PLC连接。
 

图2
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4.软件监控实现
塘桥泵站自动化监控系统的软件主要有两部分:PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控 软件由几大模块组成。
4.1系统检测和故障处理模块
系统检测处理所有的输入信号,根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有:六台泵电机的温度和振动;进出水闸门状态;存水房液位;防火防盗安全;两台电源变压器温度;雨量;四台功率因素补偿柜工况;电网工况(电压欠压和过压监控;三相电流过载监控;缺相监控;三相不平衡监控;功率过载监控;功率因素监控;电量累计);污水池水位等。
系统故障分类为三级:一级故障定义为最高级。当发生此类故障,将禁止所有控制输出。声光报警,记录打印,在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障,按人工复位键后系统恢复正常工作。二级故障定义为次级。当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出,系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。三级故障定义位最低级。当发生此类故障时,仅声光预警,不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面,显示故障内容,性质,地点,时刻和解决方案,并打印。
4.2除污机和排水泵的运行处理
泵站有两台除污机,系统对除污机的工况进行监控。故障信号置位,置二级故障报警,由<系统故障处理>模块处理。根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。机同时在触摸式显示屏上显示。当除污机柜上的选择开关选择远控,操作台在泵自动运行前,先进行排污操作。采用水位差检测,则根据水位差标志实施自动排污。在自动排污时,先在现场声光预警,再运行装置。
泵启动柜有六台与操作台相联进行控制。
①当故障信号置位,置二级故障报警,由<系统故障处理>模块处理。
②根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。
③当泵开关柜上的选择开关选择远控,在操作台上可实施四种泵运行方式:手动方式;自动方式;预抽空方式;检修方式。
④在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯;手动操作按纽和选择开关。
⑤单台泵的选择开关有四档:停止;检修;手动和自动。当设置手动档时可实施手动或预抽空操作。在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。
⑥在系统操作上设置有三档的选择开关:停止;自动和预抽空。<停止>禁止所有泵的运行;<自动>允许单台泵选择开关设置在自动档的泵进入自动运行组态。<预抽空>允许单台泵选择开关设置在手动档的泵预抽空运行。
⑦泵的启动和停止要延时依次投入和退出。
⑧泵的基本联锁条件:A.一级故障,电源故障禁止所有泵运行;B.泵电机故障,泵启动柜故障禁止对应泵运行;C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜,操作台之间的正确设置;D.水位联锁。
⑨当满足上述不同联锁条件,泵可进入手动,检修,预抽空或自动运行。
⑩在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数;判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求,如不满足,则故障报警;如可组态的泵多于所需投入运行的泵,则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低,逐步退出当前运行时间最长的泵。
4.3数据处理和人机界面处理
①数据统计:泵启动柜交流接触器动作计数;泵运行时间累计;泵站排水量累计;降雨量累计;用电量累计。
②数据设置:水位值,水位差值和流量值设置;变压器的温度和瓦斯值设置;雨量值设置;泵电机的温度和震动值设置;电力参数设置;防盗有效与否设置。
③与触摸式显示屏的数据通信:触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务:泵站运行监控;故障报警,记录和排除提示;参数设置;模拟键盘操作;数据记录处理;工艺曲线显示;工况模拟显示;泵站概貌显示。
④打印机打印处理:故障随机打印;运行状态打印;参数设置打印;工作报表打印;动态曲线打印;设备状态打印;数据统计打印;显示屏幕打印。
5.结语
塘桥泵站自动化监控系统自1998年改造至今已近两年,正常运行证明:整个系统设计合理 先进;操作简便;可靠性高;完全符合用户预期的要求,将推广应用至其他地区。

 

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