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１.引言

　　排水泵站（下簡稱泵站）作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。從目前國內(nèi)大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當(dāng) 落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動(dòng)化監(jiān)控程度低，大部分的泵站僅有單級(jí)的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是手工操作。泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對市政建設(shè)和管理提出了更高的要求。所以必需對現(xiàn)有泵站控制和管理進(jìn)行改造和完善。向國外無人化泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達(dá)到減員增效和提高管理水平的目的。該項(xiàng)目是以上海市浦東新區(qū)塘橋泵站為實(shí)施對象，進(jìn)行整個(gè)泵站的自動(dòng)化監(jiān)控和管理的改造。

2.泵站工況概述

　　塘橋泵站位于上海市浦東新區(qū)塘橋路黃浦江邊，該泵站主要用于附近地區(qū)的污水排放處理和防汛抗?jié)场７?wù)面積240公頃，總排水量為13.8米3/秒。

　　2.1設(shè)備分布

　　同大部分的泵站一樣，其設(shè)備分布平面圖如下（圖1）所示。

　　①進(jìn)出水閘門：用來防止黃浦江江水倒

　　2.2控制要求

　　以塘橋泵站為設(shè)施對象，進(jìn)行整個(gè)泵站的自動(dòng)化監(jiān)控和管理的改造。

　　①改造泵站的水泵控制開關(guān)柜，使之具有就地和遠(yuǎn)程控制的功能。

　　②改造泵站的功率因素補(bǔ)償柜，能實(shí)現(xiàn)就地自動(dòng)補(bǔ)償和遠(yuǎn)程電網(wǎng)監(jiān)控。

　　③改造泵站的變壓器房對于變壓器A，B，C三相溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示，高溫報(bào)警等功能；

　　④建立泵站的控制室，對泵站實(shí)施三級(jí)控制，在控制室內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化監(jiān)控操作臺(tái)和信號(hào)處理柜。

　　⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，對整個(gè)泵站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控 ，水泵將根據(jù)泵的狀態(tài) ，水位，雨量，電網(wǎng)狀況，閘門位置等

　　根據(jù)以上要求，我們開發(fā)研制了下述這套塘橋泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖2。 主要 的配置如下。

　　3．1 PLC配置

　　泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根據(jù)系統(tǒng)要求 ，PLC總體配置如下：

　　①中央處理模塊（CPU）：選用CPU314，內(nèi)存RAM擴(kuò)展到64K。

　　②數(shù)字量輸入模塊（DI）：選用SM321,共8塊（16點(diǎn)/塊）。處理128點(diǎn)輸入信號(hào)。

　　③數(shù)字量輸出模塊（DO）：選用SM322,4塊為16點(diǎn)/塊，4塊為8點(diǎn)/塊。處理96點(diǎn)輸出信號(hào)。

　　④模擬量輸入模塊（AI）：選用SM331,共3塊（8點(diǎn)/塊）。處理24點(diǎn)輸入信號(hào)。

　　⑤通信模塊：選用CP340,共2塊，1塊為RS232接口，1塊為RS485接口。

　　PLC采用了四個(gè)框架，在RTU信號(hào)柜內(nèi)有三個(gè)，其中一個(gè)為備用擴(kuò)展框架；另一個(gè)在操作臺(tái)內(nèi)，通過IM361擴(kuò)展連接，這樣簡化了接線，大大地提高可靠性。

　　3．2觸摸屏配置

　　觸摸屏采用了日本DIGTAL公司的570 HMI（當(dāng)時(shí)SIEMENS還沒有此類HMI）來 實(shí) 現(xiàn)上述要求。HMI是以RS232接口與PLC的CP340連接，采用SIEMENS的3964R的協(xié)議完成 通信。

　　3．3電網(wǎng)監(jiān)控配置

　　電網(wǎng)監(jiān)控采用法國SOCOMEC公司的DIRIS M型的電量監(jiān)控器，可檢測三相四線制的相電壓，線電壓，相電流，零線電流，有功無功功率，功率因素，頻率及相應(yīng)的。監(jiān)控器以RS485接口采用MODBUS協(xié)議與PLC的CP340連接，傳送電網(wǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。因?yàn)楸谜臼遣捎秒p路電網(wǎng)進(jìn)線，故應(yīng)用了兩套電量監(jiān)控器，分別安裝兩側(cè)進(jìn)線柜上。

　　其他的裝置的信號(hào)都是通過數(shù)字量或模擬量點(diǎn)出點(diǎn)入與PLC連接。

　　4．軟件監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

　　塘橋泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要有兩部分：PLC監(jiān)控軟件和觸摸屏圖控軟件。 PLC監(jiān)控 軟件由幾大模塊組成。

　　4．1系統(tǒng)檢測和故障處理模塊

　　系統(tǒng)檢測處理所有的輸入信號(hào)，根據(jù)具體情況將作出不同響應(yīng)。處理的信號(hào)有：六臺(tái)泵電機(jī)的溫度和振動(dòng)；進(jìn)出水閘門狀態(tài)；存水房液位；防火防盜安全；兩臺(tái)電源變壓器溫度；雨量；四臺(tái)功率因素補(bǔ)償柜工況；電網(wǎng)工況（電壓欠壓和過壓監(jiān)控；三相電流過載監(jiān)控；缺相監(jiān)控；三相不平衡監(jiān)控；功率過載監(jiān)控；功率因素監(jiān)控；電量累計(jì)）；污水池水位等。

　　系統(tǒng)故障分類為三級(jí):一級(jí)故障定義為。當(dāng)發(fā)生此類故障，將禁止所有控制輸出。聲光報(bào)警，記錄打印，在顯示屏上顯示故障類型和解決方法。只有在排除故障，按人工復(fù)位鍵后系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。二級(jí)故障定義為次級(jí)。當(dāng)發(fā)生此類故障時(shí)將禁止故障點(diǎn)的控制輸出，系統(tǒng)作自動(dòng)調(diào)正繼續(xù)當(dāng)前操作。故障報(bào)警和恢復(fù)同一級(jí)故障。三級(jí)故障定義位當(dāng)發(fā)生此類故障時(shí)，僅聲光預(yù)警，不中斷當(dāng)前操作。根據(jù)系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種故障實(shí)施相關(guān)的故障聲光報(bào)警和記錄。此刻觸摸式顯示屏進(jìn)入故障報(bào)警畫面，顯示故障內(nèi)容，性質(zhì)，地點(diǎn)，時(shí)刻和解決方案，并打印。

　　4．2除污機(jī)和排水泵的運(yùn)行處理

　　泵站有兩臺(tái)除污機(jī),系統(tǒng)對除污機(jī)的工況進(jìn)行監(jiān)控。故障信號(hào)置位，置二級(jí)故障報(bào)警，由<系統(tǒng)故障處理>模塊處理。根據(jù)信號(hào)狀態(tài)點(diǎn)亮或熄滅有關(guān)指示燈。機(jī)同時(shí)在觸摸式顯示屏上顯示。當(dāng)除污機(jī)柜上的選擇開關(guān)選擇遠(yuǎn)控，操作臺(tái)在泵自動(dòng)運(yùn)行前，先進(jìn)行排污操作。采用水位差檢測，則根據(jù)水位差標(biāo)志實(shí)施自動(dòng)排污。在自動(dòng)排污時(shí)，先在現(xiàn)場聲光預(yù)警，再運(yùn)行裝置。

　　泵啟動(dòng)柜有六臺(tái)與操作臺(tái)相聯(lián)進(jìn)行控制。

　　①當(dāng)故障信號(hào)置位，置二級(jí)故障報(bào)警，由<系統(tǒng)故障處理>模塊處理。

　　②根據(jù)信號(hào)狀態(tài)點(diǎn)亮或熄滅有關(guān)指示燈。 

　　③當(dāng)泵開關(guān)柜上的選擇開關(guān)選擇遠(yuǎn)控，在操作臺(tái)上可實(shí)施四種泵運(yùn)行方式：手動(dòng)方式；自動(dòng)方式；預(yù)抽空方式；檢修方式。

　　④在操作臺(tái)上對每臺(tái)泵設(shè)置有各自的狀態(tài)指示燈；手動(dòng)操作按紐和選擇開關(guān)。

　　⑤單臺(tái)泵的選擇開關(guān)有四檔：停止；檢修；手動(dòng)和自動(dòng)。當(dāng)設(shè)置手動(dòng)檔時(shí)可實(shí)施手動(dòng)或預(yù)抽空操作。在自動(dòng)檔時(shí)則允許該泵進(jìn)入系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行組態(tài)。

　　⑥在系統(tǒng)操作上設(shè)置有三檔的選擇開關(guān)：停止；自動(dòng)和預(yù)抽空。<停止>禁止所有泵的運(yùn)行；<自動(dòng)>允許單臺(tái)泵選擇開關(guān)設(shè)置在自動(dòng)檔的泵進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行組態(tài)。<預(yù)抽空>允許單臺(tái)泵選擇開關(guān)設(shè)置在手動(dòng)檔的泵預(yù)抽空運(yùn)行。