今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
1 引言
深圳某泵站位于深圳水庫庫尾，供水規(guī)模為50萬m3/d，投資金額近2百萬，是為解決寶安區(qū)中西部片區(qū)供水水源不足而新建的應(yīng)急工程。該泵站有3套機組，均為異步電動機，其中2套作為工作機組，1套作為備用機組。總裝機2000kw，設(shè)計流量5.79m3/s，設(shè)計揚程16.4m。電氣主接線為10kv供電系統(tǒng)專線。電氣及自動化控制系統(tǒng)按3套工作機組設(shè)計，全微機控制，實現(xiàn)無人值班，少人值守。
泵站的控制系統(tǒng)采用施耐德Modicon TSX Premium系列PLC為控制核心。Modicon TSX Premium系列PLC適用于大、中型控制系統(tǒng)，具有強大的浮點運算能力。配套的編程軟件PL7 Pro可以用指令表、梯形圖，結(jié)構(gòu)化文本等語言編程，允許用戶創(chuàng)建自己的功能塊（DFB）和圖形的運行畫面。控制柜上采用專門面向PLC的MT500系列觸摸屏人機界面，配套編程軟件為EasyBuilder500。上位機操作系統(tǒng)采用微軟的Windows 2000 Professional，應(yīng)用軟件為國產(chǎn)的組態(tài)王6.5。控制系統(tǒng)主要分兩部分：機組部分和公用部分。本文主要介紹機組部分。
2 系統(tǒng)方案
系統(tǒng)方案如圖1所示。機組高壓柜和電容饋線柜中裝有ALSTOM智能保護裝置，可將I/O參數(shù)通過MODBUS總線傳輸?shù)絇LC中。機組和輔助設(shè)備的各狀態(tài)接點和控制接點接到PLC上。數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC處理后，通過串口通信送到觸摸屏顯示，通過以太網(wǎng)傳輸給上位機。現(xiàn)階段，工作人員通過觸摸屏實現(xiàn)開停機組、開停輔助設(shè)備和開關(guān)蝶閥的操作。
圖1 泵站機組控制系統(tǒng)圖
3 系統(tǒng)的主要功能和具體實現(xiàn)
為便于介紹，下文以1#泵機組為例。根據(jù)泵站控制的工藝要求和系統(tǒng)特點，本控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)報警、機組啟停、機組輔助設(shè)備及蝶閥控制、數(shù)據(jù)處理和通訊等功能。
3．1報警功能
高壓柜和電容饋線柜出現(xiàn)事故和故障、輔助設(shè)備出現(xiàn)故障的時候，PLC有專門的輸出接點指示。同時，觸摸屏上彈出事故和故障報警界面，等待工作人員處理。高壓柜、風(fēng)機等設(shè)備的事故作用于停機。
3．2機組啟停
工作人員在觸摸屏上按了開機或停機鍵以后，PLC將自動完成開停機過程。當有事故發(fā)生時，PLC完成事故停機過程。機組啟停流程如圖2和圖3。
圖2 泵開機流程
圖3 泵正常停機和事故停機流程
3．3機組輔助設(shè)備及蝶閥控制
機組輔助設(shè)備主要包括電機風(fēng)機和稀油泵，蝶閥包括進口蝶閥和出口蝶閥。在機組啟停流程圖中可以看出，機組啟停的流程包含了對機組輔助設(shè)備及蝶閥的控制。此處另設(shè)的控制程序，為針對單個設(shè)備的手動控制，便于機組控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。
3．4數(shù)據(jù)處理功能
根據(jù)系統(tǒng)需要，PLC處理的模擬量包括泵組進口壓力和出口壓力、電機定子溫度和油水溫度。前者的采樣周期較短，為20ms；后者采樣周期較長，為0.5s。本文為數(shù)據(jù)處理自己定義了一個功能塊（DFB），輸入信號包括功能塊復(fù)位（EBOOL型）、模擬量通道地址（WORD型）、采樣次數(shù)（WORD型，本文定為10次）、采樣周期脈沖（EBOOL型，由定時器實現(xiàn)），輸出信號為模擬量信號在通訊輸出緩沖區(qū)中的地址。數(shù)據(jù)處理程序不是簡單的求平均值，而是先將數(shù)據(jù)依次賦值給功能塊的公用變量，然后將10次的采集結(jié)果求和，減去最大值和最小值后再平均。功能塊的輸出值即為處理后的模擬量值，其對應(yīng)的地址即為該值在輸出緩沖區(qū)中的地址，便于觸摸屏采集和顯示。
3．5通訊功能
現(xiàn)階段，本系統(tǒng)的通訊主要包括兩部分：與觸摸屏的串口通訊；與智能保護裝置的MODBUS總線通訊。
觸摸屏MT500是專門針對PLC的人機界面，其集成了包括施耐德、西門子、三菱等幾十種PLC的串口通訊程序，與PLC的通訊只需要進行簡單的組態(tài)操作即可實現(xiàn)。本文在EasyBuilder500中將觸摸屏系統(tǒng)參數(shù)中的PLC類型設(shè)置為TELEMECANIQUE UniTelWay，即施耐德PLC。通訊參數(shù)包括：RS－485、波特率9600、數(shù)據(jù)位8、無校驗位、停止位1。PLC上也進行同樣的設(shè)置。然后觸摸屏在編制界面時，將控制信號和顯示信息的地址填寫為PLC輸出緩沖區(qū)中對應(yīng)的地址，即實現(xiàn)了通訊。
MODBUS通訊協(xié)議是施耐德公司設(shè)計的一種用于工業(yè)控制的主從結(jié)構(gòu)式串口通訊協(xié)議，可用于實現(xiàn)簡單的主從結(jié)構(gòu)式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。該協(xié)議具有兩種傳輸模式：RTU模式和ASCII模式。本文采用的是RTU模式，其報文格式如圖4所示。
圖4 MODBUS協(xié)議RTU模式報文格式
它沒有起始位和停止位，而是以至少3.5個字符間隔時間（T1－T2－T3－T4）標志開始和結(jié)束。信息幀由地址域、功能域和CRC校驗域構(gòu)成，所有字符位由16進制數(shù)組成。本系統(tǒng)中PLC為主站，高壓柜為從站1，電容饋線柜為從站2。PLC以輪巡的方式訪問從站，讀取數(shù)據(jù)。PLC通過MODBUS訪問從站的指令為READ_VAR，參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)號、從站地址號、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)首地址、數(shù)據(jù)個數(shù)、接收緩沖區(qū)地址和大小等。由于CRC校驗是以Byte型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，而PL7 Pro編程軟件絕大多數(shù)指令不支持Byte型數(shù)據(jù)，因此本文在執(zhí)行CRC校驗前設(shè)有專門的子程序?qū)yte型消息段轉(zhuǎn)化為高8位為16進制數(shù)00的WORD型數(shù)據(jù)段。本文的CRC檢驗子程序流程如圖5所示。
圖5 CRC校驗子程序流程
4 結(jié)論
本系統(tǒng)的就地計算機測控層部分已開發(fā)完畢，即將在現(xiàn)場進行安裝和調(diào)試。在程序的編制過程中，為下一階段上位機監(jiān)控層的實施也做好了充分的準備。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號