基于PLC的立交桥排水泵站自动控制系统设计.pdf

第 1期 总第 1 5 2期 2 0 O 9年 2月 机 械 工 程 与自 动 化 M EC HANI CAI ENGI NEERI NG AUTOMATI ON No．1 Feb ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 9 O 1 一 O l 3 5 一 O 3 基于 P L C的立交桥排水泵站 自动控制系统设计 王瑞 ，许 晓平 昆明理工大 学 信息 工程 与 自动化学院 ，云南 昆明 6 5 0 0 5 1 摘要 城市立交桥 在道路交 通中起着举足轻重的作用 ， 建设一个 高效 的排水泵站是 十分 必要 的。 主要介绍 了立 交桥排水 自动控 制系统的设计 方案 ，该排水系统采 用西 门子公 司的 s 7 3 0 O P L C控制 3台潜水 泵的启／ 停数 目、工作方式 以及格栅除 污机 的运行 ；并给 出了下位 P L c的水泵 轮换工作程序 。该排水控制 系统 的应用提 高 了泵站排水 的可靠性 关键词 P L C；立交桥 ；排水 ； 自动控 制 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 随着城市经济的不断发展 ， 城市基础设施的建设 日 新月异 。 一般来说，位于立交桥下边的道路往往比周围 干道低 ，且坡度很 大 ，雨水很快 就汇集 到最低点 ，极 易 造 成严 重积水 ，而立 交桥 多设 在交 通频 繁 的主要 干道 上 ， 若路 面严重积水 极易造 成交通堵塞 。此外 ，由于材 料、 设计、 施工等因素的影响， 路面不可能做到不渗水 ， 水通过各种途径渗入到路面的内部， 再加上行车荷载作 用产生的动水压力，使沥青混凝土路面受到严重的破 坏。为保证交通的畅通无阻， 保证路面尽可能少的受到 损坏， 及时排除降雨形成的地面径流和地下水就显得十 分重要 ，因此必须建立高效的排水泵站。 排水泵站 自动控制是最能满足控制要求且较灵活 的控制方案。本文介绍了一种立交桥 自动排水控制系 统的设计 ， 由于该排水泵站主要 由 3台潜水泵、 2台格 栅机、1台螺旋输砂机、1台螺旋压榨机和几个传感器 组成 ，规模 较小 ，输入 、输 出点 也不 多 ，因此 ，选择 西 门子 公 司的 S 7 3 O 0通用 型 P I C作 为下 位机 ， 实 现 对潜水泵、格栅机、螺旋输砂机和螺旋压榨机的启停 控制 ，控制的主要依据是液位值。 1 排 水泵 站 自动控 制 系统 工艺流 程 立 交桥 排水 系统 的核 心 是雨水 泵站 ，泵 站 的设计 分为 3部分 第 1部分为格栅间 ，第 2部分为泵站主 体 泵房 ，第 3部分为变配电室 。其大致的工艺流 程 如下 雨水 通 过进水 渠 首先 进入集 水 池 的前半 部 ， 然 收稿 日期 2 0 O 8 一 O 4 2 8 ；修回 日期 2 O O 8 一 O 9 一 O 1 作者简介 王瑞 1 9 8 3 一 ， 女 ． 山东东明人 ． 在读硕士研究生 。 后通过格栅机 ，将泥沙等杂物拦截后 ，进入泵房集水 池 ；格栅机的两侧安装有超声波液位计 ，当水位达到 预设的警戒水位时依次启动水泵，经过泵抽升后，排 入城市的排水系统 ；经格栅机滤出的泥沙等杂物先通 过螺旋输砂机输送到指定位置 ，然后由螺旋压榨机将 栅渣的水分排除，以减少杂物的体积，经过压榨机处 理后 脱水 的泥饼 、渣饼依 次用 小 车运走 。排水 工艺 流 程 图见 图 1 。 排 出 城 市排 水 系统 图 1排 水 工 艺 流 程 图 2设 备选 型 2 ． 1硬件 选择 2 ． 1 ． 1 检 测元 件 的选 择 1 雨 量计 选 用华 创升 达公 司生 产 的 S I 3 型 翻 斗式雨量传感器，用来测量地面降雨量。 2 超声波液位计 选用 F I OwI I NE I U3 0 型超 声 波 液位计 。 3 浮球 开关 选 用 I QH一6 5 1 A 型 磁浮 液位 开 关 ，用以实现液位的定点报警。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 6 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 0 9年第 1 期 2 ． 1 ． 2上位机 的选 择 上 位机为工 控机 I P C ， 选 用 台湾研华 产 品 ， 配置 为 P 4 ／ 1 ． 7 G／ 3 0 G／ 2 5 6 M ， 三星 2 1 ” 彩 显 C R T ， 以 MS wi n d o ws 2 O O 0为系统平台，工控机上装有 C AD 2 0 O 2 、 WOR D、 E X C E I 等基本 软件 ， 还装 有相应 的编程 软件 和组态软件。工控机系统由1 O O O VA uP s供电， 它的 2 3 2串 口通 过 MP I 适 配 器 连 接 S 7 3 O O P I C 的编 程 口。此外 ，可连接打 印机 ，选用 E P S N 公 司的 I Q 一 1 6 O O K I I I 型打印 机 。 2 ． 1 ． 3 下位 机 的选 择 下位 机 为可 编 程控 制 器 P I C ，选 用 S I MA TI C s 7 3 O 0 通用型 P I c，其具体配置见表 1 。 表 1 S 7 3 O O通 用型 PL C 配 置表 型号 类型／ 参数 数量 厂家 P S 3 O 7 1 2 O ／ 2 3 O VAC输入 ， 2 4 VD c ／ 5 A输出 l 西门子 C P U 3 l 4 2 4 V供 电 2 4 k B l 西门子 S M 3 2 1 DI l 6 2 4 V D C 2 西 门子 S M 3 2 2 D o 1 6 2 4 V D C／ 0 ． 5 A l 西 门子 S M 3 3 1 Al 8 1 6 B i t 2 西门 子 2 ． 2 软 件选择 使 用 S I MA TI C S TE P 7 5 ． 2对 系 统 进 行 编 程 调 试 。上位 组态软 件采用 西 门子公 司先进 的人机界 面系 统 S I MATI C Wi n CC 6 ． O 。 3 控 制 系统设 计 3 ． 1 控制要 求 1 泵站 的水泵控 制 开关 柜要 具有就 地和远程 控 制 的功 能 。 2 泵站 的控制 室可对 泵站 实施 3 级 控制 ，在 控 制室内进行 自动化监控操作和信号处理 。 3 采用 P I C对 整个 泵站实 现 自动 化控制 ， 水 泵 将根据泵的状态、水位、雨量等工况 自动投切。 4 通过对 格栅两 侧水 位差 的检测 ，提示或 自动 投切格栅 除 污机 。 5 采用高性 能 的 2 1 真彩 I C D显 示屏 ，对整 个 泵站 进行动态监 控管 理 、故 障报警 、工况 记 录和报表 打 印 。 6 利用网页发布模块将组态软件开发的监控画 面 、曲线 、表格 wE B化 ，以实现 泵站 的无 人化管 理 。 3 ． 2 下位 P I C程序 设计 3 ． 2 ． 1 I ／ 资源 配置 I ／ O资源配置见表 2 。 3 ． 2 ． 2 程序设 计 水泵轮换 工作 的程序 是整个 P I C程序 的核心 ， 之 所以要让 3台水泵轮换工作 ，是为了防止每次开机都 先开 同一 台水泵 ，造成 该水 泵长期 运行 而过早 老化或 故障。 当第一次运行时首先启动的是 1 号水泵， “ P l S y mb o l ” 在网络 9中的长 闭接 点断开 ， 在 网络 1 0和网 络 】 1中的长开接点闭合 ； 第二次运行时， 则执行网络 1 O中 的语句 ，首 先启 动 2号水泵 ；第三次 运行时 ，则 首先启动 3号水泵。 3台水泵都先启动过一次后， 标志 位复位 ，开始下一次的循环。 表 2 I ／ 0资源配置表 报 警 是电气 自动控制 中不可缺 少的重要 环节 ，标 准的报警功能应该是声光报警。以 1号格栅机故障为 例 网络 2 1与网络 2 2 组成闪烁电路，用来控制报警 灯 点 亮 、熄 灭 的 时 间 ； 当 故 障 发 生 时 ， “ G1 一 B r e a k d o wn ” 接点闭合， 报警指示灯闪烁， 报警电铃鸣 响 ； 操 作人 员知道故 障发生后 ，按消 铃按钮 “ CR” ， 把电铃关掉，报警指示灯从闪烁变为长亮 ；故障消失 后 ，报警灯熄灭。另外 ，该程序中还设置有试灯、试 铃 按钮 “ TR I ” ， 用 于平时 检测报警 指示灯 和电铃 的好坏。螺旋输砂机、螺旋压榨机以及其余 2台水泵 的报警控制与之类似。高水位以及低水位 的报警与故 障报警稍有不同，因为集水池是露天的，风吹时会引 起 小 的波浪 ，使 浮球开关 误 闭合 ，所 以应在程 序中增 加定时器，用于延时判断。其余 的指示灯闪烁、响铃 和消铃逻辑均与故障报警相同。图 2为报警程序梯形 图 。 图 3为水 泵 轮换 工 作 程 序梯 形 图 。其 中 “ P 1 一 s y mb o l ” 、“ P 2 一S y mb o l ” 、“ P 3 一s y mb o l ”分别表示 1 号 、2号 、3号水泵 的标志 位 。 N e L w 0 r k 2 3 1 号格栅机故障指示 s E 卜一 S 5 T 2 S T 3 Gl B mk d o w T 1 L l l I t { 卜 J T R ＆L { I 岛 一H N e t w o r k 3 7 故障响铃 } G 1 一 B r a k d o w 『1 M 1 0 R i n 巴 一H l T R扎 { H卜J 4结语 P I C控 制 加 计 算 机监 控 的控 制 方 案更 加 符合 排 水泵站的控制要求 ， 因为它综合了计算机和 P I c的长 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 o O 9年第 1 期 王瑞 ，等 基 于 P L C的立交桥排水泵站 自动控制 系统设计 1 3 7 处。计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全 系统的监控和管理，P I C作为下位机执行可靠有效的 I 广 控制。该设计提高了系统自动化的程度，降低了运行 成本，使系统的管理和控制上了一个新台阶。 I，l I，l f，l P1 I l l I ／ 自动 1 0 ． 1 l ／ l 1 ／ r b 0 1 P1 一 Sv mb o 1 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一【 ， 1 ． ． ． ． _ _ J 图 3水 泵 轮 换 工 作 程 序 梯 形 图 参考文献 门子 wI N c c V6 [ M] ． 北京 北京航 空航天大学 出版社 ， [ 1 ] 常 晓玲． 电气控制 系统与 可编程控 制器 [ M] ． 北京 机械 2 。 0 4 工业 出版社 ， 2 O 4 ． [ 8 ] 冯丽辉 ， 李琨． 工业计算机控 制技术与应用[ M] ． 昆 明 云 [ 2 ] 徐德 ， 孙 同景 ， 陈桂 友． 可编程 序控制 器 P L c 应用 技术 南科技 出版社 ， 2 o o 1 [ M] ． 济南 山东科学技术出版社， l 9 9 6 ． [ 9 ] 夏继强， 邢春香． 现场总线工业控制网络技术[ M] ． 北京 [ 3 ] 王立权 ， 忘宗义 ， 王淑钧 ， 等． 可编 程序控制器原 理与应用 北京航空航天大学 出版社 ， 2 o o 5 [ M] ． 哈尔滨 哈尔滨工程大学出版社 ， 2 o 0 4 ． [ 1 0 ] 丁炜 ， 卫孑 L 平． S I E ME Ns S I MAT I C S 7 3 0 o P L C在 排 [ 4 ] 王永华． 现代 电气及 可编程控 制技 术[ M] ． 北 京 北 京航 水 泵站 自动 化监 控 系统 中 的应 用[ J ] ． 电工技 术 ， 2 o 0 l 空航天大学出版社 ， 2 O 0 2 ． 7 5 9 6 O r 5 ] 汪晓平． P L C 一 可编程控 制器系统 开发实例 导航[ M] ． 北 [ 1 1 ] 丁稳房 ， 童星， 廖冬初． P L c在 中小型泵站机组监 控系统 京 人 民邮电出版社 ， 2 O O 4 ． 改造中的应用[ J ] ． 小水 电， 2 0 O 5 3 5 2 5 4 ． [ 6 ] 西 门子 中国 有 限公司 自动化 与驱动集 团． 深人浅 出西 [ 1 2 ] 黄天戍 ， 喻劲 松 ， 丁捷 ， 等． 基于 西 门子 s 7 3 0 0的泵 站 门 子 S 7 3 O 0 P L C[ M] ． 北京 北 京航 空 航 天大学 出版 现 场控 制级 的设 计 与实 现 [ J ] ． 国外 电子 元器 件 ， 2 O 0 3 社 ， 2 O 0 4 ． 6 1 4 1 6 [ 7 ] 西 门子 中国 有限公 司 自动 化与驱 动集 团． 深 入浅 出西 De s i g n 0 f Aut 0 m a t i c C0 nt r 0 l S y s t e m f 0 r ov e r pa s s Dr a i n a g e Ba s e d 0 n PLC W ANG Rui ， XU Xi a 0一 pi ng Fa c u l t y o f I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g a n d Aut o ma t i o n． Ku n mi n g Un i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l 0 g y， Ku nmi n g 6 5 O O 5 1 ， Chi n a Abs t r a c t Ci t y i nt e r c h a nge b r i dg e s p1 a y a pr omi ne n t r 0l e i n t he r oa d t r a ns por t at i on， s o i t i s ve r y n e c e s s a r y t o c o ns t r u c t a pu m p s t a t i o n t o d r a i n 0 f f t h e wa t e r e f f i c i e n t l y ． Th i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e d e s i g n p r o j e c t。 f a n o v e r p a s s d r a i n i n g s y s t e m． Th i s s y s t e m ma k e s u s e o f S7 3 O 0 PL C o f S i e me n s Co mp a n y t o c o n t r o l t h r e e wa t e r p u mp s a s we l 1 a s o t h e r ma c h i n e s ’mo v e me n t s ． Th e a p p 1 i c a t i o n o f PLC i n t he c 0 nt r o l s y s t e m r a i s e d t he c r e di bi 1 i t y o f pump s t a t i on． Ke y w 0 r d s P LC； o v e r p a s s ； d r a i n a g e； a u t o ma t i c c o n t r o l H P P 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m