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　排水泵站（下簡稱泵站）作為市政建設和管理工程的主要設施，擔負著城市排水防澇的重要任務。從目前國內大部分的泵站控制和管理來看還是處于相當 落后的狀況，與國外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動化監控程度低，大部分的泵站僅有單級的常規控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統計都是手工操作。泵站控制和管理沒有形成區域化的網絡。隨著國民經濟的飛速發展，對市政建設和管理提出了更高的要求。所以必需對現有泵站控制和管理進行改造和完善。向國外無人化泵站監控管理發展，以達到減員增效和提高管理水平的目的。該項目是以上海市浦東新區塘橋泵站為實施對象，進行整個泵站的自動化監控和管理的改造。

2.泵站工況概述

　　塘橋泵站位于上海市浦東新區塘橋路黃浦江邊，該泵站主要用于附近地區的污水排放處理和防汛抗澇。服務面積240公頃，總排水量為13.8米3/秒。

　　2.1設備分布

　　同大部分的泵站一樣，其設備分布平面圖如下（圖1）所示。

　　①進出水閘門：用來防止黃浦江江水倒灌和泵站維修。

　　②集水池：地下管道的污水匯集在此集水池，集水池被不銹鋼格柵分成內外區，污水由內區流經格柵除污后，到外區排入黃浦江中。集水池內外區邊安裝有超聲波液位儀用來檢測內外區水位和水位差。

　　③除污機：泵站裝有鋼絲繩牽引式格柵除污機2臺，除污機用于把附于格柵上的垃圾和污物從集水池中提出來處理。

　　④變壓器房：為保證泵站的可靠工作，泵站建有兩座800KVA電力變壓器。電力變壓器安裝有溫度監控器監測三相溫度，當溫度超限能自動啟動風機降溫和報警。

　　⑤水泵房：塘橋泵站安裝了六臺180 kW的軸流水泵；在存水房裝有水位檢測器。

　　⑥控制柜房：房內裝有進線柜2臺（柜1，13）；功率因素補償柜4臺（柜2，3，11，12）；泵開關柜（柜4-6，8-10）和聯接柜1臺（柜7）。

2.2控制要求

　　以塘橋泵站為設施對象，進行整個泵站的自動化監控和管理的改造。

　　①改造泵站的水泵控制開關柜，使之具有就地和遠程控制的功能。

　　②改造泵站的功率因素補償柜，能實現就地自動補償和遠程電網監控。

　　③改造泵站的變壓器房對于變壓器A，B，C三相溫度進行遠程顯示，高溫報警等功能；

　　④建立泵站的控制室，對泵站實施三級控制，在控制室內設置自動化監控操作臺和信號處理柜。

　　⑤采用SIEMENS的S7-300系列PLC，對整個泵站實現自動化監控 ，水泵將根據泵的狀態 ，水位，雨量，電網狀況，閘門位置等工況自動投切。

　　⑥通過對水位差的檢測，提示或自動投切除污機。

　　⑦采用高性能的10英寸真彩LCD觸摸式顯示屏，對整個泵站進行動態監控管理，故障報警，工況記錄和報表打印。

　　⑧預留通信接口，可通過電話線路或DDN網聯網進行區域監控和數據傳送。

　　3.硬件系統構成

　　根據以上要求，我們開發研制了下述這套塘橋泵站自動化監控系統。系統的結構見圖2。 主要 的配置如下。

　　3．1 PLC配置

　　泵站自動化監控系統的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根據系統要求 ，PLC總體配置如下：

　　①中央處理模塊（CPU）：選用CPU314，內存RAM擴展到64K。

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

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

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

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

　　PLC采用了四個框架，在RTU信號柜內有三個，其中一個為備用擴展框架；另一個在操作臺內，通過IM361擴展連接，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（當時SIEMENS還沒有此類HMI）來 實 現上述要求。HMI是以RS232接口與PLC的CP340連接，采用SIEMENS的3964R的協議完成 通信。

　　3．3電網監控配置

　　電網監控采用法國SOCOMEC公司的DIRIS M型的電量監控器，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，頻率及相應的大值。監控器以RS485接口采用MODBUS協議與PLC的CP340連接，傳送電網監控數據。因為泵站是采用雙路電網進線，故應用了兩套電量監控器，分別安裝兩側進線柜上。

　　其他的裝置的信號都是通過數字量或模擬量點出點入與PLC連接。

　　4．軟件監控實現

　　塘橋泵站自動化監控系統的軟件主要有兩部分：PLC監控軟件和觸摸屏圖控軟件。 PLC監控 軟件由幾大模塊組成。

　　4．1系統檢測和故障處理模塊

　　系統檢測處理所有的輸入信號，根據具體情況將作出不同響應。處理的信號有：六臺泵電機的溫度和振動；進出水閘門狀態；存水房液位；防火防盜安全；兩臺電源變壓器溫度；雨量；四臺功率因素補償柜工況；電網工況（電壓欠壓和過壓監控；三相電流過載監控；缺相監控；三相不平衡監控；功率過載監控；功率因素監控；電量累計）；污水池水位等。

　　系統故障分類為三級:一級故障定義為。當發生此類故障，將禁止所有控制輸出。聲光報警，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，按人工復位鍵后系統恢復正常工作。二級故障定義為次級。當發生此類故障時將禁止故障點的控制輸出，系統作自動調正繼續當前操作。故障報警和恢復同一級故障。三級故障定義位。當發生此類故障時，僅聲光預警，不中斷當前操作。根據系統中產生的各種故障實施相關的故障聲光報警和記錄。此刻觸摸式顯示屏進入故障報警畫面，顯示故障內容，性質，地點，時刻和解決方案，并打印。

　　4．2除污機和排水泵的運行處理

　　泵站有兩臺除污機,系統對除污機的工況進行監控。故障信號置位，置二級故障報警，由<系統故障處理>模塊處理。根據信號狀態點亮或熄滅有關指示燈。機同時在觸摸式顯示屏上顯示。當除污機柜上的選擇開關選擇遠控，操作臺在泵自動運行前，*進行排污操作。采用水位差檢測，則根據水位差標志實施自動排污。在自動排污時，先在現場聲光預警，再運行裝置。

　　泵啟動柜有六臺與操作臺相聯進行控制。

　　①當故障信號置位，置二級故障報警，由<系統故障處理>模塊處理。

　　②根據信號狀態點亮或熄滅有關指示燈。 

　　③當泵開關柜上的選擇開關選擇遠控，在操作臺上可實施四種泵運行方式：手動方式；自動方式；預抽空方式；檢修方式。

　　④在操作臺上對每臺泵設置有各自的狀態指示燈；手動操作按紐和選擇開關。

　　⑤單臺泵的選擇開關有四檔：停止；檢修；手動和自動。當設置手動檔時可實施手動或預抽空操作。在自動檔時則允許該泵進入系統自動運行組態。

　　⑥在系統操作上設置有三檔的選擇開關：停止；自動和預抽空。<停止>禁止所有泵的運行；<自動>允許單臺泵選擇開關設置在自動檔的泵進入自動運行組態。<預抽空>允許單臺泵選擇開關設置在手動檔的泵預抽空運行。

運動控制功能特點
• 提供可組態的測量系統，輸入數據時既可以使用工程單位（如英寸或厘米），也可以使用脈沖數
• 提供可組態的反沖補償
• 支持、相對和手動位控模式
• 支持連續操作
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為了幫助用戶開發運動控制方案，STEP 7- Micro/WIN SMART 提供運動控制面板。其中的操作、組態和包絡組態的設置使用戶在開發過程的啟動和測試階段就能輕松監控運動控制功能的操作。
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　　⑦泵的啟動和停止要延時依次投入和退出。

　　⑧泵的基本聯鎖條件：A.一級故障，電源故障禁止所有泵運行；B.泵電機故障，泵啟動柜故障禁止對應泵運行；C.泵的不同運行要附合上述泵啟動柜，操作臺之間的正確設置；D.水位聯鎖。

　　⑨當滿足上述不同聯鎖條件，泵可進入手動，檢修,預抽空或自動運行。

　　⑩在泵自動運行時,要根據水位點和水位區來確定需運行的泵數；判斷能投入自動組態的泵是否滿足上述要求，如不滿足，則故障報警；如可組態的泵多于所需投入運行的泵，則依據這些泵運行時間累計數小的泵投入運行。隨著水位降低，逐步退出當前運行時間長的泵。