泵站自动控制技术初探

摘要：通过对西门子S7-200 PLC功能的开发应用，实现泵站自动控制系统的故障自检、报警功能，特别是对电机运行参数的采集处理，参与控制，实现泵站无人值守而安全运行，且所需投资较少。

关键词：泵站自动控制技术；西门子S7-200 PLC；PLC程序设计；控制系统

中图分类号：TP278文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）05-0042-02

一、控制系统组成及其功能要求

控制回路硬件组成：（1）PLC器件包括西门子S7-200系列224CPU模块一只，扩展单元包括EM235模拟量模块一只，4路输入/1路输出，开关量输入输出模块EM223一只；（2）外设器件为液位控制器、温度传感器等。模拟量模块EM235硬件配置如图1所示：

控制功能要求：两潜水泵电机在水位处于所设定的上下限之间，电机无漏水情况和电机温升无异常（不大于60℃）时，均能开启任意一泵。若水位降至下限时，应自动停泵。当水位上升到下限时，水泵不应启动，水位继续上升至上限位时，水泵应自动开启，开启顺序应以1#泵优先，1#泵因故未能运行，发出故障警报，同时启动2#泵投用。两泵均不能正常投用时，为一级事故报警。水位处于上下限之间，在一泵发生温升异常、电机过载、主回路空气开关跳闸等情况时，要迅速启动另一水泵投用。

二、PLC程序设计

（一）PLC I/O功能表

数字开关量输入/输出功能表（见表1）。模拟量由4路输入1路输出组成，分别是：1#和2#泵电机的负载电流与电机绕组温度检测；一路输出作为电机负荷电流的数码显示，便于主控室操作人员查看。

（二）PLC系统控制流程

控制主程序分别调用三组子程序。其中，硬件自检子程序通过读取系统信息，主要检测作为第一扩展模块的模拟量模块EM235是否已经可靠链接，模块自身是否存在故障，CPU模块提供给扩展单元的DC24V电源是否正常，硬件自检子程序LAD见图2。初始化子程序，对控制器件进行初始化，复位清零。模拟量数据采集输出处理子程序组包括四个子程序：分别是1#和2#水泵电机的负荷电流读入处理及输出显示子程序和电机绕组温度检测子程序。因为1#、2#电机电流和绕组温度共4点模拟量的采集输入地址不同，所以在控制程序的编写上要一一给出，但是实际运行中任意时刻只有一台水泵在工作，因此只有一台电机的相关数据处理的两个子程序在运行。

（三）电机运行参数的采集和控制功能的实现

在控制主程序的初始化子程序中，相关运算寄存器要预先清零。然后，系统在通过扩展单元故障检测后，进行模拟量采集处理。分两个子程序独立进行电机负荷电流和绕组温度的采样、运算、输出和判断。均采用多次采样求和，通过移位除法求出平均值。不同的是电流值（寄存于VW20）一方面经传输指令由EM235的输出通道AQW0输出显示；另一方面作为水泵是否有效运行的状态检测。电机绕组温度经过采集处理，由比较指令结合定时指令进行判断，若温升出现异常，迅速停止电机运行。

系统控制程序中，多处结合使用定时指令，增强了系统稳定性。如：自耦降压变压器利用定时器功能设定同一台水泵在间隔十分钟以后，方能再次启动。检测电机负荷电流，以判断电机是否真正在运行时，为避开外部接触器、继电器的动作时间，防止检测失误，启用一5秒的定时器，保证信号的可靠性，从而使下一步的CPU判断并决定是否启用另一台水泵。通过设定比较参数值，检测电机实际运行电流若长时间（一般可设为30分钟）大于1.1～1.2倍电机Ie时，停止运行该泵，排查原因，以免损坏电机，同时可发讯启动备用泵。在采样频率不变的情况下，对处理后的温度数据每五分钟检测比较一次，当大于所设定的温升值时即发出警示和停机，并启动另一泵。不管电机电流过载与否，若电机温度急剧升高，超出正常允许温升，系统可立即停止该泵运行。

三、结语

低压控制系统中，引入模拟量参数参与控制。弥补了在执行器件正常动作而传动部分因电源或电机本身故障并未真正投用时，系统却“浑然不知”的缺陷。丰富的直指故障点式的报警警示功能，给操作检修带来极大便利。投资较少，主回路简便可靠，模块功能得到充分利用，近智能化控制，使泵站无需专人值守。

四、本文作者创新点

通过对水泵电机负荷电流和温升的采集检测，结合运用比较指令和判断指令，实现了PLC泵站控制系统运行状态监测和诸多设备保护功能。模拟量的处理及其与开关量的结合使用，使得系统的控制功能更为科学合理、更为完善。

作者简介：王德强（1971-），男，江苏省宜兴市水利工程有限公司助理工程师，研究方向：机电管理。