基于上位机和PLC的泵房多种控制解决方案及应用

张西巍，储招节，陆 勇，郭 明，罗以东

（安徽华菱星马汽车（集团）股份有限公司 技术中心，马鞍山 243061）

基于上位机和PLC的泵房多种控制解决方案及应用

张西巍，储招节，陆 勇，郭 明，罗以东

（安徽华菱星马汽车（集团）股份有限公司 技术中心，马鞍山 243061）

华菱汽车在新生产基地建设中在水泵房采用了上位机+PLC的自动化集中控制系统设计，并针对其内多个系统不同的工艺和生产需求采用了不同的自动化控制解决方案，分区控制、集中管理，提高了系统的自动化程度，保证了所有设备根据生产和工艺需要自动调节、控制，保证最佳运行状态，方便统一调度和集中管理，实现无人值守，同时节约了能源，取得了较好的经济效益。

水泵房；上位机+PLC；多种解决方案；PID恒压控制；压力带

0 引言

水泵房一直是重型汽车制造厂生产公用设施中一个重要的环节，以往的水泵房没有集中控制系统，主要采用单一继电器加接触器的方式，由人工手动控制，这种控制方式自动化程度低，水泵的启停及选择切换等均需要人工完成，也做不到根据水位、压力等参数自动启停水泵；在管理上相当落后，水泵的管理、记录和统计等都是手工完成，这已经远远不能满足现有设备安全稳定运行、生产工艺要求及发展的需要，也极大的影响了水泵房系统的管理和经济效益的提高。

为此，华菱汽车在新生产基地建设中在水泵房采用了上位机+PLC+仪表、传感器的自动化集中控制系统设计，并针对其内多个系统不同的工艺和生产需求采用了不同的自动化控制解决方案，分区控制、集中管理，不仅有效的实现了资源共享，也提高了人员对设备的综合调度能力，同时为公司信息化系统提供了数据采集依据，保证了所有设备根据生产需要自动调节和控制，保证了设备的最佳运行状态，实现了无人值守，并确保安全运行。系统运行平稳故障率低，也降低了运营成本和能耗，取得了较好的经济效益。

1 系统设计

水泵房自动化集中控制系统采用主控PLC+上位机的控制方式，由上、下位机组成主从式控制系统，通过以太网进行数据交换，设自动、手动两种基本操作模式。

下位机PLC作为主要逻辑控制单元，选用AB CompactLogix 1769-L35E PLC，完成数据采集、状态判断、逻辑控制和信号输入输出等功能；系统上位机选用DELL公司产品，通过连接主控PLC的通讯模块，上位机能够对各泵组进行联锁控制、集中显示整个泵站设备的工作状态、各系统的液位、压力等参数及故障报警，完成采集数据信息的存储、分析处理，并用于状态和现场操作显示、运行参数显示及I/O状态显示等功能（如图1所示）。二者结合实现了对水泵房系统的实时监控，这种控制系统充分利用了上位机和PLC的各自特点，实现了优势互补，具有很高的性价比。

图1 上位机界面图

同时在现场电气柜上配置操作按钮、警报灯、状态灯等电气元件，根据实际情况或维修需要，可实现就地操作，大大提高了水泵房自动化系统运行的可靠性。系统内配备以太网交换机，系统数据能经交换机通过光纤传至中控室，实现远程监控。

图2 系统架构图

系统控制对象为水泵，其中包含多系统的各类水泵，如消防水系统、焊装循环水系统、涂装循环水系统、空压机循环水系统等，各系统之间相互独立，每组水泵参数功率均不一致，工艺设计要求不同，启动方式也略有不同，统一设计为：水泵功率小于18.5kW（不含18.5kW）的直接启动，水泵功率18.5kW～37kW为星-三角起动，水泵功率37kW以上（含37kW）为软起动器启动，部分特别要求的采用变频器方式启动。每组泵体都配有独立的阀门，管路经分支后汇总成一个主管，当泵组中的一个管路或是泵体发生故障时，可继续启用其他相关泵组，而不至于给水中断，导致末端设备停机（如图2所示）。

2 控制方案

系统在自动状态下，可实现无人值守，由上位机监控显示整体工作状态、系统参数显示及设置等，PLC检测水位、压力、温度等信号，自动完成各泵组启停、水池补水及冷却塔风机、喷淋泵启停等操作，泵房内每个系统都根据各自的工艺生产要求和工艺特殊性，采用了不同的自动化控制方案。

2.1 消防水系统控制

消防水系统是整个泵房所有泵组中要求最高、相对复杂的系统，由独立的消防水池、超声波液位计、稳压泵（2台）、消防主泵（2台）、压力传感器、电接点压力表、变频器等组成。

系统采用了2套自动控制模式，正常情况下，系统采用PID恒压控制模式控制稳压泵和主泵，PLC通过管道压力传感器的反馈，利用变频器控制稳压泵，恒定管道压力在0.82MPa，如果出现压力低于0.72MPa，PLC再启动主泵进行补压（如图3所示）；当压力传感器或PID控制故障时，PLC自动切换到利用电接点压力表上下限压力带的方式来控制管道压力；另在自动控制模式失效的情况下，还可以通过现场或者远程手/自切换开关将系统转为手动控制，这样就完全保证了消防系统的可靠性和稳定性。

图3 PID恒压控制系统图

系统还采用二路供电，两套系统对立供电方式控制，设双电源自动切换装置。当一路供电故障或断电时，另一路自动切换投入工作。

2.2 焊装循环水系统

焊装循环水系统主要用于焊机的冷却循环水，支管多、水质要求高，采用闭式水循环系统，即循环水管路为封闭的，使用纯水作为介质，仅通过闭式冷却塔冷却（不设水池），由卧式循环水泵（3台）、电接点压力表、软启动器等组成。

图4 焊装循环水控制系统图

这三台主泵设定为两用一备，按时间顺序互为主从，均通过软启动器启动，采用电接点压力表上下限压力带方式控制，即系统管道压力控制在0.35MPa～0.25MPa之间，当实际值低于0.25MPa时，系统启动1台泵至工频，如果压力仍然不够，系统会自动启动后续的1台泵，直到压力值达到或超出上限压力，系统则逐步停止后面的泵。空压机循环水系统也采用了同样方式（如图4所示）。

2.3 涂装循环水系统

涂装循环水系统主要用于车间内设备空调冷却循环水，采用开式循环系统，即循环水管路经过循环水池和横流式冷却塔，使用市政用水，由立式循环水泵（2台）、电接点压力表、软启动器等组成。

组内两台主泵设定为一用一备，按时间顺序互为主从，均通过软启动器方式启动，采用电接点压力表上下限压力带方式控制，即系统压力控制在0.4MPa～0.3MPa之间，当实际值低于0.3MPa时，系统启动1台泵至工频，管道主管压力上升，直到压力值达到或超出上限压力，系统停泵，如一直未能满足压力要求，系统水泵一直运行。

2.4 其他功能

冷却塔启停：PLC根据工艺生产所需设定温度进行冷却塔自动启停控制，如实际温度值高于设定值，则逐步增加冷却塔的开启数量，如实际值低于设定值，则逐步减少冷却塔的开启数量；控制冷却塔时，会同时控制其进水管道阀门的开启和关闭，要与循环水泵的开启互为联锁关系；其中闭式冷却塔还依据管道温度情况，适时自动启停喷淋泵以增强冷却效果。

液位控制：通过超声波液位传感器对各水池液位进行实时监测，当水池液位处于低液位时，调节气动阀门的开关，自动补水，使水位控制在相应液位值区。当水池液位低于警戒值时，停用所有水泵，并进行声光报警。

水泵运行管理：根据水泵运行时间平衡原则，自动实现水泵的轮换工作，避免同一水泵长期使用，而其他水泵闲置，延长水泵运行寿命。

4 结论

本系统在华菱汽车新生产基地中的实际应用，完全改变了原有的水泵手动控制、管理落后、信息传递不畅的局面，基于上位机+PLC的自动化系统运行多种控制方案控制灵活，根据各工艺生产的不同需求自如分系统独立控制、集中管理，编程、修改、调试方便，大大缩短了调试时间，提高了系统的自动化程度，降低了硬件的复杂程度，系统运行平稳，故障率低，提高了运行效率，实现了无人值守，降低了运营成本，提高了设备运转的稳定性、可靠性和安全性，方便统一调度和集中管理，节约了能源，取得了较好的经济效益，水泵房自动化集中控制多种解决方案也成为现代化汽车制造企业规划建设的发展趋势。

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A variety of control solutions and application of pumping station based on host computer and PLC

ZHANG Xi-wei, CHU Zhao-jie, LU Yong, GUO Ming, LUO Yi-dong

TB495

：B

1009-0134(2017)03-0032-03

2016-11-30

张西巍（1987 -），男，安徽马鞍山人，工程师，本科，主要从事汽车工厂机电自动化控制系统及工厂信息化系统的设计和开发。