乱 淼霾 应用科学 ９５ ＰＬＣ在南通市市政排水泵站自动化系统中的应用 纪志胜，杨金军 （南通市市政设施管理处，江苏南通２２６３６１） 摘要介绍可编程逻辑控制器（ＰＬＣ）在城市排水泵站自动控制系统中的应用。ＰＬＣ具有控制能力强、工作可靠、编程简单、操作灵活、 便于维护、稳定性好、抗干扰性强等特点。￣ｇＰＬＣ作为泵站系统的监视控制和数据采集，可以提高泵站系统的自动化控制水平，降低操作 人员的劳动强度．保证泵站自动化系统的安全运行。 关键词泵站；自动控制；系统；应用 中图分类号ＴＰ 文献标识码Ａ 文章编号１６７３—９６７１一（２０１０）１０２—００９５一Ｏ１ 南通靠江临海，每年的防汛工作责任重大，同时随着经济的不断发 展和城市人口的逐步增加，城市工业污水和生活污水的排放量也随之逐 年增加，所以，雨季及台风季节防汛和日常排水任务十分繁重。而且排 水泵站一般分布较为广泛，站点也较分散，１９９３年以前绝大多数泵站基 本上还是采取人工测报水位、流量等运行参数和人工开停机等相对落后 的方式进行运行和管理，使得排水调度管理工作比较被动。随着科学技 术朝着网络化、信息化方向的不断发展，这种落后的运行管理方式越来 越不能适应社会和科学技术发展的需要。因此，为了在城市防汛指挥和 日常排水调度管理工作过程中能及时、准确、可靠地掌握水情、雨情和 情信息，科学、及时、准确地调度泵站设施，减少和避免水涝灾害， 确保城市安全度汛和保障人们正常的生活、工作秩序，建设完整的城市 排水泵站自动化系统，加快实现城市排水泵站的自动化运行对提高我们 市政设施的管理水平，节约成本和有效利用资源都有深远的意义。 ２）ＰＬＣ全自动控制。当现场设备选用“自动”进入ＰＬＣ控制状态， 当选择“全自动控制”模式时，ＰＬＣ根据设定的程序进行全自动运行， 控制各工艺设备。泵站ＰＬＣ系统设有故障报管系统，可提示值班人员进 行故障排查，故障解除后可复位解警，在故障报警末复位前，相应故障 设备将无法启动。 ３）上位机远程操作。操作人员可通过点击上位机（工况监控计算 机）上的按钮来实现对泵站内工艺设备的远程控制。 ２ ＰＬＣ现场控制系统 ２．１ ＰＬＣ控制系统介绍 ＰＬＣ控制系统选用ＲＯＣＫＷＥＬＬ￣司生产的ＣＯＭＰＡＣＴＬＯＧＩＸ系列ＰＬＣ 系统。ＰＬＣ采用框架式结构，处理器结构简单、功能强大，易扩展的输 入输出模块和种类丰富的第三方模块，为不同工业场合提供同样稳定可 １泵站自动化系统构成 １．１泵站控制系统 靠的平台。新款增强的通讯能力，使可ｃ【ｌＩｎｐ ｇｉｘ系列处理器均能提供 数据采集监控系统中的主控功能。包括间接寻址、高级运算功能和计算 指令。 ２．２ ＰＬＣ系统自动控制方案 泵站控制系统（泵站液位监测系统）主要由下位机（现场ＰＬＣ）系 统、上位机（工况监控计算机）系统、网络通讯系统等构成： 下位机通过采集仪表系统的测量参数、各工艺设备的状态参数和接 受上位机和调度控制中心的控制命令，根据编制的泵站控制程序，来实 现对各Ｔ艺设备的自动控制和远程遥控，将各信号上传至泵站自动化分 控室和处调度中心数据库中。 上位机（工况监控计算机）可接收下位机传送上来的各仪表测量信 号和设备状态信号及操作员的控制命令，通过设定的程序运行，向下位 机发送各控制命令。 网络系统将各泵站的下位机（ＰＬＣ系统），上位机（工况监控计算 机），处调度中心、分控室数据处理系统连接起来；下位机可以通过该 泵站内的交换机与上位机传送信号，同时上位机通过交换机向下位机发 送控制命令等，实现中心数据全范围联网。 １．２仪表系统 泵站内的仪表系统主要由水池内的液位检测仪表、泵机运行电流检 测仪表、配电系统中的各电量参数检测仪表等构成： 水池内的液位检测仪表主要用于检测水池内的液位，该液位是整个 泵站中最关键的工艺参数，直接关系到泵站的安全运行。水池内的液位 检测一旦出现错误和故障，则会出现极其严重的事故，所以该参数的检 测必须采用稳定、可靠的仪表。 泵机运行电流检测仪表主要用于检测泵机的运行电流，借助该参数 可以判断出潜水泵运行是否正常等情况，该参数测量也要求准确、可 靠。 配电系统检测仪表主要用于对泵站系统内的电力参数测量，能对泵 站进行能耗分析、运行效率衡量的一个重要依据，也是关系到泵站正常 运行的一个重要参数，该参数测量要求准确。 １．３系统控制方式 根据泵站系统的工艺运行需求，泵站控制系统的控制方式主要有现 场手动、全自动控制、远程控制等三种方式，具体地说就是现场硬手动 控制、ＰＬＣ全自动、上位机远程操作等控制方式： １）现场硬手动控制。操作员可以在泵站现场通过操作现场控制柜 （就地控制箱）上的按钮或开关来实现对泵站内工艺设备的控制。 泵站采用ＰＬＣ（可编程控制器）对泵站排水工艺过程的工艺和动力 设备的控制参数进行检测、自动控制和联锁，并可通过上位机软件，实 现泵站工艺过程的工艺流程画面、工艺参数的实时数据和动力设备的运 行状态显示、自动控制系统的控制参数设定修改、远程遥控、超限报 警、数据储存、班／月佯运行报表及故障报表的显示和打印等。主要控 制方案说明如下： １）潜水泵控制。泵站在出水池安装潜水泵，实现泵机的排水功 能，在出水池安装液位计和液位浮球保护开关（防止液位计故障时泵站 溢水与潜水泵无水空转）实现水泵按设定液位自动启停，并自动优化各 泵的运行时间，使各泵的运行时间基本相同，延长泵机的使用寿命，其 控制方案如下： 潜水泵按设定液位控制：当出水池水位达到排水液位（可按照需要设 定）时，按泵机运行的排序程序自动启动第一台泵，如水位仍继续上升 则按排序程序再自动启动第二台泵，依此类推直至全部泵开启。著出水 池水位下降至停泵液位时（可按照需要设定），按排序程序自动停一台 泵，如水位仍继续下降则按排序程序再自动停第二台泵，依此类推，直 至全部泵停止运行。 潜水泵排序控制：潜水泵的运行进行优化设计控制，即运行台数和 运行时间按优化顺序控制，使每台泵的运行时间和运行时间间隔保持接 近，延长泵机的使用寿命。潜水泵运行时，ＰＬＣ自动累积各泵运行时间 并进行排序，运行时间短的泵排序在先，运行时间长的泵排序在后。当 出水池水位升高需增加水泵运行台数，按排序降序顺序启动运行时间少 的潜水泵；当水位减少需减少水泵运行台数，按排序升序顺序关闭运 行时间长的水泵，这样就可使得各泵的运行时间和运行时间间隔保持接 近。当有潜水泵出现故障时自动停泵和报警，并自动将该故障泵从排序 队列中剔除，然后按排序程序自动启动下一台泵。另外，各潜水泵可上 位机遥控和现场开启。 ２）其他设备的控制。启闭机，用于控制泵站的进水，防止发生 污水溢出。启闭机在特殊情况下（如进水量过大泵站将被淹或溢水时 等），能按照水池液位的高低限（可按照需要进行设定）自动启停，并 （下转第１０２页） １Ｏ２ 应用科学 ２科０１精鑫藉 睥第２嗍曩星ｌ 与螺栓头固定以防止其松动。 ４）主泵水力部件的安装。①在反应堆＋２ｏｔｌ 平台的准备Ｔ作。打开 水力部件容器２个排气阀释放容器中的氮气一拆除连接螺栓后，用环吊 移开容器上半部分一转子防转动装置必须始终保持在定位状态一用聚乙 烯薄膜覆盖水力部件上部—将三个Ｍ４８吊环螺钉安装到热屏法兰上（间 隔１２０。），并通过吊具连接到环吊２１７ｔ吊钩上一从容器中吊出水力部 件，检查水力部件水平度—拆除轴下端防转装置：螺栓、滑块和挡块等 一在导叶法兰下表面安装泵壳与导叶法兰的密封环，用２４个Ｍ６×１６的 螺栓和锁紧垫片固定（螺栓坚固力矩４Ｎ．ｍ）一用聚乙烯薄膜保护水力 部件的底部一把水力部件容器运出反应堆厂房，并贮存。②水力部件的 安装。将水力部件吊入主泵房问一拆除水力部件底部的聚乙烯保护膜一 移开泵壳上表面的保护盖— 用ｎｅｏｌｕｂｅ２润滑剂润滑导叶下部与吸人口环 配合面的内表面一在泵壳法面凹槽内装人缠绕垫片，将水力部件定位到 泵壳竖直轴线方向上—将泵壳与水力部件导叶装配的定位销与销孑Ｌ对中 一缓慢降下水力部件，并注意检查和保持水力部件法兰面的水平度一当 导叶底部快接触到吸人口环时要特别小心（例如：当导叶法兰下表面离 泵壳上表面大约１２５ｍｍ时）一在水力部件安装到泵壳上后，检查水力 部件的安装位置：在互成９ｏ。角的四个方位点处检查水力部件与采壳的 径向间隙并记录数据（任意两点处测得的间隙相差不能超过０．１ｌｌｌｌｎ）； 在互成９０￣角的四个方位点测量热屏上表面到泵壳上表面的距离（廊是 ２０５ ｍｍ，四点最大差应不大于０．５ｍｍ拆除吊装Ｔ：具和运输专用夹具一 安放Ｎ’Ｉ密封壳保护盖板。 ５）主法兰及主螺栓的安装。用丙酮或清洗剂等清洁泵壳主法兰和主 螺栓螺纹孔— 喟Ｎｓｏｏｏ￣当的润滑剂润滑主螺栓孔螺纹—用同样的润滑 剂润滑三个定位导杆在相互间隔１２０￣的三个主螺栓孔中安装三个定位导 杆，用专用扳手轻轻地拧紧—畸佥查主螺栓中心孔的清洁，用Ｎ５Ｏｏｏ或相当 的润滑剂润滑主螺栓螺纹和螺母螺纹以及同螺母的配合面，不起毛白布 擦掉过量的润滑剂一用环吊５ｔ吊钩和专用工具，将要安装的２１颗主螺栓 调整主螺栓顶面到泵壳顶面的距离为７５９±１．５ⅡⅡｎ一检查主螺栓、螺母标 识及安装高度并填写附录一用三个Ｍ３６的吊环螺钉和一个可调吊具将主 法兰连到环吊１ 吊钩上，吊起后调整主法兰到水平一用丙酮清洁主法兰 下表面—将主法兰下降到水力部件上方，对齐主法兰和水力部件装配标 记，将主法兰降低到定位导杆上＿十降低到只剩下约５０ｍｍ时应特别注意， 适当调整以确保主法兰准确的就位在热屏中心位置；检查并确定主法兰 与热屏法兰巳紧密接触；拆除主法兰的吊装工具。 ６）电机支撑的安装。打开电机支撑的包装；用丙酮清洁主法兰上 表面一＋在电机支撑上面安装三个长１４０ｒａｍ的Ｍ５６吊环螺栓—佣环吊１０ｔ吊 钩吊装电机支撑一，吊起电机支撑并且凋整到水平状态一清洁电机支撑 底部表面一＋电机支撑就位到主法兰上，利用三个对中导杆定位主法兰 和电机支撑的装配标记（泵出口侧）一用环吊５ｔ吊钩和专用工具拆除三 个定位导杆并安装最后三个主螺栓（同样要求主螺栓顶面高于泵壳面 ７５９±１．５ｍａｎ）并将数据记录—拆除主螺栓吊装工具后，手动紧固泵壳主 螺栓上的螺母。 ７）设备维护及场地清查。电机支撑表面覆盖保护，并封堵电机支 撑侧面的开孔一清查施工区的所有工具，并清洁施工区—关闭相关进出 舱口—将包装箱和容器运出反应堆厂房贮存。 ３结语 此安装方案是ＣＰＲ１０００核电技术的主泵内部构件和电机支撑的安装 方案。ＣＰＲ１０００核电技术属于第二代核电技术，也是目前为止发展最为 成熟的核电技术，本文的安装方案是在比较了以往的同型号机组各种安 装方案、并结合目前的吊装技术水平／安装机工具的技术水平的基础上 研究的，具有较强的可操作性和经济性。对目前正在发展的ＡＰ１Ｏ００、 ＥＰＲｌ７０ｏ等第三代核电技术相应的设备安装，同样具有很好的借鉴性。 （上接第９５页） 报警。出现故障时，根据启闭机故障信号立即自动停止该启闭机运行并 报警。上位机ＣＲＴ上有运行状态显示，故障时有声光报警。各启闭机可 上位机遥控和现场开启。 格栅机，用于清除污水中的杂物，有效保护水泵。泵站格栅机通常 由清栅耙斗、螺旋输送机、压榨机组成，控制方式采用将格栅机的清栅 耙斗、螺旋输送机、压榨机相互联动。当格栅机清栅耙斗需要启动时， 先启动压榨机，延时～定时间（时间可调）后螺旋输送机自动启动，螺 旋输送机运行后延时一定时间（时间可调）清栅耙斗自动启动；当清栅 耙斗需停机时，先关闭清栅耙斗，延时一定时间（时间可调）后螺旋输 送机自动关闭，然后再延时一定时间（时间可调）后压榨机自动关闭。 格栅机操作方式为现场手动、上位机遥控、按时间间隔自动启停和根据 液位差（如有检测）上下限值联锁自动启停。 ２．３泵站自动化系统结构圈（如图１所示） ３结束语 了对泵站设备运行状态的实时监控，可以将泵站设备运行的数据全面、 实时传送到服务器及上位机。自系统投入运行后，大大提高了工作效 率，也减少了维护成本。使日常排水调度管理工作能及时、准确、可靠 地掌握水情信息，科学、及时、准确地调度泵站设施。在南通市市政设 施管理处排水泵站自动化一期工程实施后，可逐步将南通市所有泵站进 行自动化集成，能够实现对全市排水系统所有泵站运行过程中的水位、 流量、泵站设备运行等数据的自动采集、网络传输、存储、统计汇总 和就地／远程实时控制，迅速地为市政设施管理部门提供准确、可靠的 决策依据，使排水管理、污水截流控制、汛期排涝控制走向定量化、信 息化、自动化、网络化、科学化和实时化，从而提高城市排水调度管理 的水平，减少和避免水涝灾害，确保城市安全度汛和保障人们正常的生 活、工作秩序。 参考文献 ［１１郭宗仁，等．可编程序控制器及其通信网络技术一Ｅ京：人民邮电出版社，１９９５． ［２涨乃尧，阎平凡，等．神经网络与模糊控制．北京：清华大学出版社，１９９８． ［３】张用．继电器电路逻辑设计．天津：科学技术出版社，１９８１． 本泵站自动化系统结构灵活、可靠性高，采用一系列成熟技术实现 图１南通市排水泵站自动化控制系统结构图