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PLC在水泵站控制系统中的应用
xiao_xiao1 发表于 2008/12/1 9:37:46 631 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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1 引言
深圳某泵站位于深圳水库库尾，供水规模为50万m3/d，投资金额近2百万，是为解决宝安区中西部片区供水水源不足而新建的应急工程。该泵站有3套机组，均为异步电动机，其中2套作为工作机组，1套作为备用机组。总装机2000kW，设计流量5.79m3/s，设计扬程16.4m。电气主接线为10kv供电系统专线。电气及自动化控制系统按3套工作机组设计，全微机控制，实现无人值班，少人值守。
泵站的控制系统采用施耐德Modicon TSX Premium系列PLC为控制核心。Modicon TSX Premium系列PLC适用于大、中型控制系统，具有强大的浮点运算能力。配套的编程软件PL7Pro可以用指令表、梯形图，结构化文本等语言编程，允许用户创建自己的功能块(DFB)和图形的运行画面。控制柜上采用专门面向PLC的MT500系列触摸屏人机界面，配套编程软件为Eas Builder500。上位机操作系统采用微软的Windows 2000 Professional，应用软件为国产的组态王6.5。控制系统主要分两部分:机组部分和公用部分。本文主要介绍机组部分。
2 系统方案
系统方案如图1所示。机组高压柜和电容馈线柜中装有ALSTOM智能保护装置，可将I/O参数通过MODBUS总线传输到PLC中。机组和辅助设备的各状态接点和控制接点接到PLC上。数据经过PLC处理后，通过串口通信送到触摸屏显示，通过以太网传输给上位机。现阶段，工作人员通过触摸屏实现开停机组、开停辅助设备和开关蝶阀的操作。
图1 泵站机组控制系统图
3 系统的主要功能和具体实现
为便于介绍，下文以1#泵机组为例。根据泵站控制的工艺要求和系统特点，本控制系统主要实现报警、机组启停、机组辅助设备及蝶阀控制、数据处理和通讯等功能。
3.1 报警功能
高压柜和电容馈线柜出现事故和故障、辅助设备出现故障的时候，PLC有专门的输出接点指示。同时，触摸屏上弹出事故和故障报警界面，等待工作人员处理。高压柜、风机等设备的事故作用于停机。
3.2 机组启停
工作人员在触摸屏上按了开机或停机键以后，PLC将自动完成开停机过程。当有事故发生时，PLC完成事故停机过程。机组启停流程如图2和图3。
图2 泵开机流程
图3 泵正常停机和事故停机流程
3.3 机组辅助设备及蝶阀控制
机组辅助设备主要包括电机风机和稀油泵，蝶阀包括进口蝶阀和出口蝶阀。在机组启停流程图中可以看出，机组启停的流程包含了对机组辅助设备及蝶阀的控制。此处另设的控制程序，为针对单个设备的手动控制，便于机组控制系统的安装与调试。
3.4 数据处理功能
根据系统需要，PLC处理的模拟量包括泵组进口压力和出口压力、电机定子温度和油水温度。前者的采样周期较短，为20ms;后者采样周期较长，为0.5s。本文为数据处理自己定义了一个功能块(DFB)，输入信号包括功能块复位(EBOOL型)、模拟量通道地址(WORD型)、采样次数(WORD型，本文定为10次)、采样周期脉冲(EBOOL型，由定时器实现)，输出信号为模拟量信号在通讯输出缓冲区中的地址。数据处理程序不是简单的求平均值，而是先将数据依次赋值给功能块的公用变量，然后将10次的采集结果求和，减去最大值和最小值后再平均。功能块的输出值即为处理后的模拟量值，其对应的地址即为该值在输出缓冲区中的地址，便于触摸屏采集和显示。
3.5 通讯功能
现阶段，本系统的通讯主要包括两部分:与触摸屏的串口通讯;与智能保护装置的MODBUS总线通讯。
触摸屏MT500是专门针对PLC的人机界面，其集成了包括施耐德、西门子、三菱等几十种PLC的串口通讯程序，与PLC的通讯只需要进行简单的组态操作即可实现。本文在EasyBuilder500中将触摸屏系统参数中的PLC类型设置为TELEMECANIQUE UniTelWay，即施耐德PLC。通讯参数包括:RS－485、波特率9600、数据位8、无校验位、停止位1。PLC上也进行同样的设置。然后触摸屏在编制界面时，将控制信号和显示信息的地址填写为PLC输出缓冲区中对应的地址，即实现了通讯。
MODBUS通讯协议是施耐德公司设计的一种用于工业控制的主从结构式串口通讯协议，可用于实现简单的主从结构式网络监控。该协议具有两种传输模式:RTU模式和ASC模式。本文采用的是RTU模式，其报文格式如表1所示。
表1 MODBUS协议RTU模式报文格式
它没有起始位和停止位，而是以至少3.5个字符间隔时间(T1－T2－T3－T4)标志开始和结束。信息帧由地址域、功能域和CRC校验域构成，所有字符位由16进制数组成。本系统中PLC为主站，高压柜为从站1，电容馈线柜为从站2。PLC以轮巡的方式访问从站，读取数据。PLC通过MODBUS访问从站的指令为READ_VAR，参数包括网络号、从站地址号、数据类型、数据首地址、数据个数、接收缓冲区地址和大小等。由于CRC校验是以Byte型数据为基础，而PL7 Pro编程软件绝大多数指令不支持Byte型数据，因此本文在执行CRC校验前设有专门的子程序将Byte型消息段转化为高8位为16进制数00的WORD型数据段。本文的CRC检验子程序流程如图4所示。
图4 CRC校验子程序流程
4 结束语
本系统的就地计算机测控层部分已开发完毕，即将在现场进行安装和调试。在程序的编制过程中，为下一阶段上位机监控层的实施也做好了充分的准备。