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案例頻道摘要：針對(duì)泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的一般特點(diǎn), 提出了采用 ABB AC500系列可編程控制器在泵站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方案，該方案成本低,管理、維護(hù)和操作簡(jiǎn)單易行。工程實(shí)踐表明，采用ABB AC500系列可編程控制器組建工程項(xiàng)目能獲得高可靠性、高性能、高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
0 概述
通常泵站(如輸水泵站、污水泵站、海水淡化泵站、灌溉、沖洗泵站等)配置有動(dòng)力、電氣、檢測(cè)等機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)，控制邏輯復(fù)雜，體系結(jié)構(gòu)龐大，管理要求嚴(yán)格。泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是集監(jiān)視、控制、測(cè)量、保護(hù)、管理等于一體的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，主要對(duì)全站泵組、電氣系統(tǒng)、公用油、水、氣系統(tǒng)、閘門(mén)控制系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)及直流系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)視和控制，保證泵站更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)泵站“無(wú)人職守、少人值班”的目標(biāo)，并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳至上級(jí)主管部門(mén)。
基于ABB AC500系列PLC的泵站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、可靠、實(shí)時(shí)的泵站監(jiān)控和管理，對(duì)整個(gè)泵站系統(tǒng)的控制操作、數(shù)據(jù)采集和信息的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、完整性和統(tǒng)一性。
1 控制原理
由于水泵電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)和停車都將引起轉(zhuǎn)矩突變而導(dǎo)致水流沖擊和電流沖擊。水流沖擊使水泵系統(tǒng)產(chǎn)生喘振和噪聲，嚴(yán)重時(shí)使管道和管道支架振動(dòng)，甚至使管道和閥門(mén)破裂；電流沖擊則有可能危及接觸器等電器設(shè)備安全，另外沖擊電流可轉(zhuǎn)化為沖擊轉(zhuǎn)矩，影響傳動(dòng)機(jī)械的使用壽命。采用軟起動(dòng)器取代常規(guī)起動(dòng)裝置解決上述問(wèn)題，為了減少設(shè)備投資，提高軟起動(dòng)器的利用率，可采用以ABB可編程控制器(PLC)為控制核心的、一臺(tái)軟起動(dòng)器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的接線方式。某典型泵站的單臺(tái)多機(jī)式接線如圖1 所示。
圖1 單臺(tái)多機(jī)式接線圖
控制過(guò)程如下：采用ABB AC500系列PLC作控制系統(tǒng)核心，可靈活地控制泵站的水泵電動(dòng)機(jī)組的運(yùn)行，不僅可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的一定順序的機(jī)組起停控制，也可由現(xiàn)場(chǎng)值班人員根據(jù)實(shí)際需要確定起停機(jī)組、起停臺(tái)數(shù)、起停次序。操作簡(jiǎn)單、快捷。
2 系統(tǒng)組成
本泵站監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布開(kāi)放式系統(tǒng)，設(shè)泵站級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)控制單元組。泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)由1個(gè)泵站控制室、10個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制單元組成。現(xiàn)場(chǎng)控制單元主要設(shè)備為ABB AC500系列PLC，分別對(duì)9泵機(jī)組及1套輔助設(shè)備的運(yùn)行工況、狀態(tài)、參數(shù)進(jìn)行采集，并根據(jù)操作規(guī)程及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作情況進(jìn)行分散控制；泵站控制室對(duì)整個(gè)泵站控制系統(tǒng)進(jìn)行集中管理。泵站控制室監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站之間通過(guò)高速的、實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。通訊速率為100Mbps，傳輸介質(zhì)為光纖。如圖2所示。
圖2 泵站監(jiān)控系統(tǒng)拓樸圖
系統(tǒng)泵站控制室配置2套主機(jī)兼操作員工作站、1套工程師站、1套通訊處理計(jì)算機(jī)、1套語(yǔ)音報(bào)警設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)激光打印機(jī)、1套GPS時(shí)鐘系統(tǒng)、1套中控室控制臺(tái)。其中，兩臺(tái)操作員工作站互為熱備方式工作，對(duì)整個(gè)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)和管理工作（正常時(shí)，一臺(tái)為主機(jī)，完成監(jiān)視控制任務(wù)，另一臺(tái)為備用，可進(jìn)行正常監(jiān)視；當(dāng)主機(jī)故障或退出時(shí)，備用站可自動(dòng)或手動(dòng)升為主站工作，完成監(jiān)視任務(wù)。）
2.2 泵站現(xiàn)場(chǎng)控制單元
暗渠泵站監(jiān)控系統(tǒng)共有10套現(xiàn)場(chǎng)控制單元，其中泵組9套（每臺(tái)泵組設(shè)置1套），公用1套。每套泵組的主要設(shè)備采用ABB公司AC500系列PLC，配置一臺(tái)10.4’彩色觸摸屏為人機(jī)接口設(shè)備，安裝1套主泵電機(jī)微機(jī)繼電保護(hù)裝置，1套微機(jī)溫度巡檢與保護(hù)裝置，1套多功能智能電度表，以上設(shè)備與PLC進(jìn)行通信。
泵機(jī)組PLC設(shè)置手動(dòng)、自動(dòng)閉環(huán)葉角調(diào)節(jié)控制操作設(shè)備（包括空氣開(kāi)關(guān)和接觸器等），安裝手動(dòng)控制按鈕，電源、數(shù)字顯示儀表、繼電器等，數(shù)字顯示儀表用于顯示多個(gè)水位、壓力、調(diào)角機(jī)構(gòu)油溫、葉角等測(cè)量值，PLC具備以太網(wǎng)接口，通過(guò)100Mbps 工業(yè)以太網(wǎng)與泵站控制室上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信介質(zhì)采用光纖，泵組PLC布置在泵站主廠房。
3 系統(tǒng)功能
泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)功能包括實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵機(jī)組及輔助設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、電氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、聯(lián)鎖和報(bào)警，以及報(bào)表打印，通過(guò)使用在主站和遠(yuǎn)程站間的一系列通訊鏈，完成整個(gè)泵站所必需的數(shù)據(jù)采集、順序控制、回路調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)通訊、時(shí)間控制及上位監(jiān)視和管理作用。同時(shí)，還承當(dāng)泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)方調(diào)度中心的通信連接。
? 數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)自動(dòng)采集整個(gè)泵站內(nèi)各現(xiàn)場(chǎng)控制單元的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；
? 安全運(yùn)行監(jiān)視：包括泵站設(shè)備的狀態(tài)、趨勢(shì)分析、越限檢查、事故順序記錄等；
? 機(jī)組運(yùn)行工況
? 機(jī)組輔助設(shè)備運(yùn)行工況
? 斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及接地開(kāi)關(guān)位置
? 公用設(shè)備運(yùn)行工況
? 站用電運(yùn)行工況
? 線路和母線運(yùn)行工況
? 其它重要參數(shù)量等等
? 控制與調(diào)節(jié)：各泵機(jī)組起動(dòng)和停機(jī)、出水閥的開(kāi)啟與關(guān)閉控制等；根據(jù)給定的流量設(shè)定值，按集水池水位和機(jī)組工況確定機(jī)組開(kāi)停臺(tái)數(shù)及其最優(yōu)組合，能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)和開(kāi)環(huán)指導(dǎo)等，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。
? 系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)：系統(tǒng)具備自診斷能力，運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)的硬件及軟件進(jìn)行自診斷，并指出故障部位的模件。并且可通過(guò)CPU上的液晶顯示代碼為操作者快速解決出現(xiàn)的問(wèn)題，具有自恢復(fù)能力。
? 事故分析處理
? 統(tǒng)計(jì)和制表打印
4 結(jié)束語(yǔ)
該解決方案實(shí)踐結(jié)果表明: 基于ABB AC500系列可編程控制器的泵站監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單，圓滿地完成了用戶提出的控制要求，提高了泵站的運(yùn)行效率。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)