摘要：本文主要介紹了利用可編程控制器（PLC） 實(shí)現(xiàn)洪門水電廠溢洪道消力池排水廊道自動(dòng)抽水，并列出了詳細(xì)的流程圖?？晒╇娏ο到y(tǒng)其他單位進(jìn)行設(shè)備自動(dòng)化改造時(shí)參考。
  
關(guān)鍵詞：PLC 抽水水位 自動(dòng)控制  

1 引言  

    近年來(lái)，隨著我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)的提高，工廠自動(dòng)化也上了一個(gè)新臺(tái)階?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）作為一個(gè)從八十年代發(fā)展起來(lái)的新興的工業(yè)控制器，是自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。PLC以其體積小、功能齊全，價(jià)格低廉，可靠性高等方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。  

    洪門水電廠是一個(gè)投產(chǎn)30多年老電廠，原有的自動(dòng)化設(shè)備無(wú)法滿足安全生產(chǎn)的需要。溢洪道是水電廠最重要的水工建筑物之一，因此對(duì)于該建筑物日常運(yùn)行維護(hù)特別重要，消力池排水廊道自動(dòng)抽水系統(tǒng)的更新改造正是為了滿足這要求。考慮到水工建筑物自然環(huán)境因素，根據(jù)可靠性第一，選用性價(jià)比較高的產(chǎn)品的原則，我們重點(diǎn)對(duì)AB、GE、三菱、OMRON（歐姆龍）、MODICON（莫迪康）、SIEMENS（西門子）等公司的PLC系列產(chǎn)品進(jìn)行了綜合的比較、選擇，最后選用了三菱公司的產(chǎn)品，這是因?yàn)槿夤井a(chǎn)品除具有上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有維護(hù)方便及操作簡(jiǎn)單直觀易掌握的特點(diǎn)。PLC采用三菱 FX2N-48MR+2A/D+2D/A,主要負(fù)責(zé)水位的數(shù)據(jù)采集，控制潛水泵的啟動(dòng)/停止等。同時(shí)選用了一臺(tái)三菱5.7寸觸摸屏，主要負(fù)責(zé)參數(shù)顯示和修改參數(shù)以及顯示詳細(xì)的故障信息等。  

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    洪門水電廠溢洪道消力池排水廊道排水系統(tǒng)主要由三部分組成。①一級(jí)堰廊道自動(dòng)排水系統(tǒng)；②二級(jí)堰廊道自動(dòng)排水系統(tǒng)；③人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)。其中主控制系統(tǒng)安裝在二級(jí)堰廊道它由水位變送器、液位開(kāi)關(guān)、可編程控制器、接觸器、控制開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。除具有現(xiàn)地控制功能外，還具有通過(guò)遠(yuǎn)方的液晶觸摸顯示器完成水位檢測(cè)、實(shí)時(shí)顯示、傳感器整定、實(shí)時(shí)控制、保護(hù)等功能。一級(jí)堰廊道只安裝了水位變送器和接觸器等水泵起動(dòng)設(shè)備。液晶觸摸屏也就是人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)安裝在溢洪道維護(hù)人員的辦公地點(diǎn)，離主控中心有100米左右。  

3 各部分工作元器件特性
  
    3.1 PLC  

    PLC（FX2N-48MR）是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心控制部件，其豐富齊備的控制運(yùn)算指令、優(yōu)越的性能、現(xiàn)場(chǎng)編程調(diào)試的方便已使其成為深受現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員歡迎的控制設(shè)備。主要性能指標(biāo)為：24點(diǎn)輸入/24點(diǎn)繼電器輸出，內(nèi)置8000步RAM可使用存儲(chǔ)盒，運(yùn)算速度為1.52цs～數(shù)100цs/步（應(yīng)用指令）；其輸出接點(diǎn)的最大負(fù)載為80VA或100KW，輸出接點(diǎn)的壽命為20VA/300萬(wàn)次，35VA/100萬(wàn)次，80VA/20萬(wàn)次。  

    3.2 2A/D及2D/A  

    FX2N-2A/D轉(zhuǎn)換模塊用于接收水位變送器輸出的4～20 mA電流信號(hào)，并將其變?yōu)镻LC程序可用的十進(jìn)制數(shù)。（即將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)值量）FX2N-2D/A轉(zhuǎn)換模塊用于將PLC運(yùn)算得到的控制量數(shù)值轉(zhuǎn)換為-10V～+10V電壓信號(hào)，通過(guò)RS485或RS422接口連接將電流模擬量信號(hào)輸入到遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)。  

    3.3液位變送器和液位開(kāi)關(guān)  

    液位變送器采用高精度、高可靠性美國(guó)麥克產(chǎn)品，型號(hào)為MPM426W液位開(kāi)關(guān) 采用臺(tái)灣凡宜LTB產(chǎn)品，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，給可編程一個(gè)動(dòng)作信號(hào)。  

    3.4 觸摸屏  

    作為一種新型的人機(jī)界面，從一出現(xiàn)就受到關(guān)注，它的簡(jiǎn)單易用，強(qiáng)大的功能及優(yōu)異的穩(wěn)定性使它非常適合用于工業(yè)環(huán)境。用戶可以自由地組合文字，按鈕，圖形，數(shù)字等來(lái)處理或監(jiān)控管理隨時(shí)可能變化的信息。隨著工業(yè)設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，無(wú)法提高效率。但使用人機(jī)界面，能明確指示并告知操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，使操作變得簡(jiǎn)單生動(dòng)。使用觸摸屏，還可以使機(jī)器配線標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)單化，同時(shí)也能減少PLC控制所需的I/O點(diǎn)數(shù)，降低生產(chǎn)成本，也相對(duì)提高整套設(shè)備的附加價(jià)值。本系統(tǒng)選用三菱公司的GOT930觸摸屏，它和三菱PLC有很好的通用性，能在線監(jiān)視并修改程序，不必很麻煩的重復(fù)插拔接口。

4 本裝置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能  

    4.1具有三種運(yùn)行方式:自動(dòng)、手動(dòng)和退出，采用操作把手手動(dòng)切換。  

    4.2在“自動(dòng)”運(yùn)動(dòng)方式下，根據(jù)液位開(kāi)關(guān)（或液位變送器）提供的液位信號(hào)啟動(dòng)和停止?jié)撍?；在“手?dòng)”運(yùn)行方式下，可以直接通過(guò)手動(dòng)操作把手起動(dòng)/停止?jié)撍?。在“退出”運(yùn)行方式下，自動(dòng)和手動(dòng)操作均不起作用。  

    4.3自動(dòng)定時(shí)切換各潛水泵間的主用/備用狀態(tài)，也可以人為進(jìn)行切換各泵間的主用/備用狀態(tài)。  

    4.4采用發(fā)光二極管指示裝置的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)故障。  

    4.5采用液晶顯示屏來(lái)進(jìn)行參數(shù)顯示（如：水位等）和修改參數(shù)（如：水泵啟動(dòng)和停止水位整定值、水泵切換時(shí)間參數(shù)、）以及顯示詳細(xì)的故障信息。  

    4.6具有故障報(bào)警功能，報(bào)警信息包括：電源故障、水泵故障、變送器故障、水位過(guò)高、水位過(guò)低、PLC故障等。  

    4.7具有自檢功能和較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。  

    4.8控制電源采用交直流兩路輸入的UPS電源。  

    4.9具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，將報(bào)警信號(hào)和模擬量信號(hào)等傳送到遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。  

5 軟件設(shè)計(jì)  

    根據(jù)溢洪道消力池排水廊道排水系統(tǒng)控制的要求，利用三菱公司PLC豐富的指令編制控制程序，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及優(yōu)化控制程序的原則，本控制系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)控制程序模塊。  

    5.1 二級(jí)堰廊道自動(dòng)排水控制過(guò)程  

    5.1.1當(dāng)兩臺(tái)水泵處于“自動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，若液位開(kāi)關(guān)達(dá)到“水位高”位置時(shí)，主用水泵起動(dòng)；若液位開(kāi)關(guān)達(dá)到“水位過(guò)高”或“水位很高”位置時(shí)，備用水泵也起動(dòng)，并且同時(shí)發(fā)出“水位過(guò)高”告警信號(hào)。  

    5.1.2當(dāng)液位開(kāi)關(guān)低于“水位低”位置時(shí)，所有運(yùn)行的水泵都停止工作；若“水位過(guò)低”時(shí)，除水泵停止運(yùn)行外，還發(fā)“水位過(guò)低” 告警信號(hào)。  

    5.1.3當(dāng)PLC發(fā)出某臺(tái)水泵的運(yùn)行指示后2秒內(nèi)該臺(tái)水泵的磁力起動(dòng)器未動(dòng)作，則該臺(tái)水泵主/備用狀態(tài)改變至備用狀態(tài)，并同時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。  

    5.1.4二級(jí)池水泵自動(dòng)運(yùn)行流程圖見(jiàn)附錄一所示。

    5.2一級(jí)池水泵自動(dòng)工作過(guò)程：
  
    當(dāng)水泵處于“自動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，若一級(jí)池集水井水位達(dá)到“水位高”位置時(shí)，一級(jí)池水泵起動(dòng)；若水位達(dá)到“水位過(guò)高”時(shí)，水泵起動(dòng)并同時(shí)發(fā)出告警信號(hào)；若水位達(dá)到“水位低”位置時(shí)，一級(jí)池水泵停止。若水位達(dá)到“水位過(guò)低”位置時(shí)，一級(jí)池水泵停止并同時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。  
  
    一級(jí)池水泵自動(dòng)運(yùn)行流程圖

   5.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)  

    在人機(jī)界面中，設(shè)計(jì)了16幅畫(huà)面，包括狀態(tài)信息，故障信息，參數(shù)設(shè)置，修改密碼，系統(tǒng)維護(hù)等。狀態(tài)信息包括一、二級(jí)堰廊道水位顯示以及二級(jí)堰廊道1#潛水泵、2#潛水泵、一級(jí)堰廊道水泵的工作狀態(tài)；故障信息顯示水泵、電源、熱繼、水位超限等設(shè)備或信號(hào)的故障時(shí)間；參數(shù)修改包括壓水位的整定值設(shè)置，水位的輸入、輸出值整定設(shè)置以及主/備。觸摸屏的畫(huà)面如圖所示：

6 結(jié)束語(yǔ)

    洪門水電廠溢洪道消力池排水廊道自動(dòng)抽水系統(tǒng)是在總結(jié)可編程技術(shù)在該廠機(jī)組調(diào)速器壓油罐油壓和油位自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)安裝、調(diào)戲而成功的一個(gè)項(xiàng)目。溢洪道消力池排水廊道自動(dòng)抽水系統(tǒng)獲得當(dāng)年該廠“合理化建議”一等獎(jiǎng)。。本系統(tǒng)從2003年改造至今正常運(yùn)行兩年，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、先進(jìn)，運(yùn)行安全、可靠，維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)便直觀，。其次，由于PLC功能齊全，可靠耐用，指令簡(jiǎn)潔，其觸摸屏與PLC有很好的通用性，可通過(guò)觸摸屏監(jiān)視并修改、優(yōu)化程序，鍛煉了該廠職工隊(duì)伍，使電氣維護(hù)人員基本掌握了PLC的原理及自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)及制作的技術(shù)，提高了職工的技術(shù)水平。而且，為洪門水電廠設(shè)備自動(dòng)化改造及維護(hù)節(jié)省了不少資金。  

    作者簡(jiǎn)介：  

    江洪（1969——-），男，工程師，現(xiàn)從事水電廠發(fā)電機(jī)組電氣安裝及日常維護(hù)工作。