PLC在生活区泵站自动供水系统控制中的运用.pdf

智能控制技术今 日 自 动 化14 2 0 2 3.5 今日自动化Intelligent control technologyAutomation Today2 0 2 3 年第5 期2023 No.5水利市政工程是城市建设中的重要组成部分，随着新技术推广与技术管理工作的逐步推进，水泵自动控制系统在水利市政工程中得到了广泛应用，其中，可编程逻辑控制器（PLC）凭借性价比高、可靠性强的优势，引入到泵站自动控制系统中。PLC 技术的应用有利于提高系统运行效率，实现对生活区泵站自动供水的科学管理和调度，保证整体供水系统处于平衡状态。加强PLC控制系统设计还有助于减少运行投入，满足多元化供水系统要求。1 PLC生活区泵站自动供水系统分析1.1 泵站运行现状某生活区泵站的主要功能是为区域提供生活用水，以往运行以继电器作为主要控制设备，通过人工完成供水控制操作，经过长时间运行后，逐渐显现出一定弊端。例如，在自来水压力较低时，为保证生活区供水的正常水压，需要通过手动启动水泵完成抽水，这样操作会导致系统故障率提升，而且由于缺少自动控制系统，出现故障后难以第一时间处理解决，给后续系统运行带来安全隐患。针对这样的情况，该生活区泵站引入 PLC 工控系统，在 PLC 技术的控制下，一方面可以实现手动供水与自动供水的切换，保证手动操作的同时还可以做到无人值守，自动运行；另一方面，通过上位机监控系统可以实施获取生活区泵站供水运行情况，相关管理人员可以直观、形象获取供水系统运行信息，一旦出现故障可以及时进行报警处理，降低出现系统故障的概率，尽可能减少系统故障对供水情况的影响，极大提升了供水系统运行的安全性与稳定性。应用 PLC 工控系统后，该生活区泵站可以真正实现无人值守，同时确保取得良好的经济效益与运行效果。图1为 PLC 工控系统基本构成。输入输出接口中央处理器接口单元电源外部设备存储器编程器图1 PLC工控系统基本构成1.2 PLC系统构成上述生活区泵站构成包括清水池、泵房、供水回路与主回路电气控制柜，其中供水回路有两套，可以保证单独运行，泵站供水系统运行期间，一套供水回路作为主要应用回路，另一套则为备用。PLC 供水系统构成包括电源单元、CPU 单元、数字量 I/O 单元、模拟量 I/O 单元以及监控系统，其中监控系统包括上位机和控制台，若系统出现故障，控制台可以脱离整体系统单独运行。控制系统可以实现自动控制与手动控制的切换，受系统故障影响自动控制不能正常运行时，相关管理人员可采用备用手动控制，保证控制台摘 要PLC 具有良好的工艺拓展性能，在工业自动控制领域得到广泛的应用。文章介绍了某生活区泵站自动供水系统PLC 技术的应用，讨论了泵站运行现状、PLC 系统构成与功能，具体分析了系统 I/O 地址分配、设备选型、系统程序设计及上位机监控系统设计，并提出相应的系统应用要点，包括明确控制方向与控制点类型、强化各参数计算、实现精细化数据处理以及做好泵站运行指导工作。关键词PLC；生活区泵站；自动供水系统控制中图分类号TP273 文献标志码A 文章编号20956487（2023）05001403 Application of PLC in the Control of Automatic Water Supply System of Living Area Pump StationYU GuishengAbstractPLC have excellent process expansion performance and are increasingly widely used in the field of industrial automatic control.This article introduces the application of PLC technology in the automatic water supply system of the living area pump station,discusses the current operation status of the pump station,the composition and functions of the PLC system,and analyzes the system I/O address allocation,equipment selection,system program design,and upper computer monitoring system design in detail.It also proposes corresponding system application points,including clarifying the control direction and control point type,strengthening the calculation of various parameters Implement refined data processing and provide guidance for pump station operation.KeywordsPLC;living area pump station;automatic water supply system controlP L C 在生活区泵站自动供水系统控制中的运用余桂生（上海东方泵业（集团）有限公司，上海201906）智能控制技术今 日 自 动 化2 0 2 3.5 今日自动化 15Intelligent control technologyAutomation Today2 0 2 3 年第5 期2023 No.5独立手动运行。通常情况下，以自动控制方式为主，实现无人值守状态。1.3 PLC系统功能PLC 控制系统可以识别生活区泵站状态来进行控制调节，其具体系统功能包括：识别市政工程自来水压力。若市政工程自来水压力超过350 kPa 时，可直接通过市政工程水压完成生活区供水需求；若压力处于100200 kPa，则启动泵站机组向管网充压供水，达到设定压力水平后，再自动调整为由市政工程供水。稳定供水压力。若市政工程自来水停水或压力不超过100 kPa，需要由泵站进行供水，同时将供水压力稳定在300 kPa。控制方式切换。PLC 系统运行期间可根据实际需求，完成自动或手动控制的切换，同时安装有旁路装置，保证出现故障时，控制台可脱离自动控制系统独立运行，提高供水可靠性与稳定性。水池水位自动检测。PLC 系统可以自动检测水池水位变化情况，若水位超过下限液位，系统关闭出水阀，控制泵站机组停运，暂停向外供水；若水位超出上限液位，系统关闭进水阀，停止进水。系统运行状态监控。通过上位机可实时监控系统运行状态，相关管理人员可及时获取系统运行信息，出现水位超限、水压超限、电动阀故障时可及时发出报警，并采取针对性处理维护措施，为系统的稳定运行提供保障。水塔水位自动控制。安装水位传感器及管网增压泵后，可实现对水塔水位的自动控制。常见故障信号采集判断。由 PLC 进行故障判定并由监控系统弹出报警，细分报警种类，如超时报警、线路故障报警、保护器报警、过流报警、三相电压不平衡、相序故障、液位故障、超压与低压故障等，方便运维人员更精准判断并进行故障处理。1.4 系统组成与要求生活区泵站供水系统由操作系统、电动阀门系统、PLC 电气控制系统、上位机监控系统构成。其中，操作系统的主要功能是完成控制方式切换，将自动控制切换为手动控制时，可以通过控制台调节水泵、变频器、进水/出水阀门的开启与关闭；电动阀门系统负责控制所有电动阀门的开启与关闭，同时可以实现远程控制；PLC 电气控制系统负责水泵、变频器、电动阀门的电气控制，同时保证功能运行满足系统逻辑要求，并向上位机系统传输相关信息；上位机监控系统主要负责供水系统运行情况的监测，面对报警情况及时处理，还可以实现数据显示、存储管理、记录输出、历史数据管理等功能，为系统运行提供保障1。2 PLC生活区泵站自动供水系统运行设计2.1 I/O地址分配与设备选型在进行 I/O 地址分配时，应根据 PLC 控制信号的分布情况，结合控制系统运行要求，对各输入、输出点的电压电流性质进行综合分析。考虑到生活区泵站供水系统稳定性与可靠性要求较高，因此，需要做好设备选型工作，包括 PLC 设备选型与仪表选型。控制装置选用 AB 可编程控制器。电源模块为 PLC 各模块提供电源，其输入输出电压分别为200240 AC、24 DC；CPU 模块负责扫描运行程序；数字量输入模块输入电压为24 VDC；数字量输出模块输出电压为24 DC；模拟量输入输出模块输入量程为020 mA。仪表选型中压力变送器输出电流为420 mA，液位变送器输出电流为420 mA，同时还包括上位机、水泵以及变频器。2.2 系统程序设计PLC 控制系统运行过程中，通过模拟量输入模块对管网水压、水池液位、水泵压力等数据进行实时采集，将相关数据信息传递至 PLC 内部程序，处理后由监控系统显示。根据 PLC 系统数据采集处理流程可以看出，通常情况下，生活区泵站供水系统要想实现恒压供水，需要通过 PID 自动控制来实现，将压力变送器安装在管网系统上发挥反馈功能，从而保证管网水压始终处于稳定状态。然而结合该生活区泵站供水系统实际情况来看，由于管道内径大、长度长，导致管网充压速率较慢，系统运行存在一定的滞后性。在这样的情况下，可通过 PLC 控制实现相应的调节功能，PLC 系统中的 PID 指令可以有效起到稳定压力的作用。系统 CPU 执行 PID 指令时，分别确定反馈值与设定值，通过 PID 运算得到输出值，传递给变频器来实现水泵电机运转，确保压力数值可稳定在同一状态下2。2.3 上位机监控系统设计上位机监控系统运行期间可以有效实现人机交互功能，帮助管理人员获取系统实时运行情况，并对水压超限、水位超限等报警信息采取合理的处置措施。人机交互界面可显示供水系统各个状态下的主要技术参数变化情况，具有操作便捷、功能全面、可视良好等优势3。在进行上位机监控软件开发设计时，应关注以下几方面要点：显示的数据信息应注意全面性，包括水压数值变化、电动阀运行状态、报警记录信息、水池水位变化等。允许的控制功能至少包括运行、退出与故障复位。在实施控制功能时，需显示相应的操作内容，并由相关管理人员进行确认。系统编辑运行日志，可以查看30 d 内的系统运行情况，包括运行、退出、水泵状态、故障报警与复位等。统计水泵电机运行时间，若超出设定时间要进行维护检修。3 PLC生活区泵站自动供水系统应用要点随着计算机与信息技术水平的持续提升，PLC 控智能控制技术今 日 自 动 化16 2 0 2 3.5 今日自动化Intelligent control technologyAutomation Today2 0 2 3 年第5 期2023 No.5制技术功能也将得到不断完善，进一步提升 PLC 的适用性，促进系统设备运行效率的提升。为实现对PLC 技术的有效应用，需要结合生活区泵站的实际运行特点进行系统优化，保证可及时发现运行中的故障。3.1 明确控制方向与控制点类型对于生活区泵站供水系统来说，其运行效果很大程度上依靠机组运行质量，在PLC控制技术的应用下，有助于将计算机控制方式引入其中，为系统的稳定运行提供保障。而在应用 PLC 技术前，需要先对生活区泵站自动控制系统监控目标进行合理设计，在明确控制方向及控制点类型的基础上，提高系统运行稳定性。基于这些要求，应尽可能确保各监控点参数齐全，将其引入到计算机系统中确保满足实际要求。与此同时，在对生活区泵站自动控制系统进行优化设计时，不仅要确保操作行为的规范性，还要对各机组设备运行情况进行全面监视，确保可以得到精准的水位、压力、电压参数。值得注意的是，在具体设计中，还应通过合理模块完成输入、输出装置设置，为系统运行提供稳定的网络通信环境，实现 PLC 技术在生活区泵站自动控制系统中的科学应用。3.2 强化各参数计算在系统运行期间，管理人员应明确参数计算目的，根据各模块的实际运行需求选择合理的数量信息，便于后续不同类型参数的计算，提升系统运行的可靠性与稳定性。在应用 PLC 技术前，管理人员需要根据生活区泵站自动控制系统的运行情况，确定技术类型，若涉及到的参数较多，可以采用规模较大的PLC系统，若参数较少则可以实现对小型PLC的灵活应用。例如，若供水系统运行需要应用模块化系统，管理人员应先计算模件 I/O 参数及模件数量，为后续自动控制系统的运行提供保障。3.3 实现精细化数据处理为进一步实现对生活区泵站的自动化管理，应结合 PLC 技术建立数据库并及时更新，以实现对系统运行数据的记录与保存，同时确保相关数据信息的连续性与完整性。与此同时，在进行数据处理时，还应针对不同的 LCU 数据进行准确计算与分析处理，在明确监视类型的前提下，加强上位机计算机监控系统的应用。在这样的情况下，可以明确生活区泵站自动供水控制系统，并掌握其状态变化情况，一旦出现异常可及时进行报警处理。在此期间，还应关注故障报警体系的设计，可针对故障类型设置相应的报警优先等级，若发出一级报警信息，通常为主要设备出现故障，需要立即暂停控制输出工作，并根据显示的故障类型落实解决方案；若发出二级报警信息，则需要操作人员对显示故障进行纠正，并根据发出警报的时间打印报告信息。3.4 做好泵站运行指导工作系统运行期间，在发出开启或关闭指令后，上位机监控系统可以自动开始或停止监控运行。在此过程中，显示界面可以将生活区泵站自动控制系统的运行情况全面显示出来，自动转换为安全状态，同时系统还可以对不同的开启、关闭方式加以识别，根据实际需求做出反应。将 PLC 技术引入到供水系统中，可以对故障类型等信息进行准确显示，明确造成故障的因素并提出具体的解决方案。通常情况下，在系统正式运行前，通常需要先进行试运行，根据出现的问题进行调试，在保证无异常后完成机组带负荷运行，最大限度上提升其稳定性和可靠性，以达到综合监督的目的。值得注意的是，为加强泵站运行指导，还可以将 PLC 技术与通信技术结合起来，充分利用二者之间融合性强的优势特征，对系统运行相关数据信息进行远程传输，确保发挥出 PLC 技术应用的价值与作用4。结合通信技术可实现区域化数据集中管理，实现多泵站多系统的联动控制。4 结束语综上所述，PLC 技术在生活区泵站自动控制系统中起到良好的控制作用，PLC 自动控制系统自投入运行以来，呈现出较高的灵活性与稳定性，有效起到了稳定水压、优化管理的作用。与此同时，相较于以往的继电器控制方式，PLC 控制系统进一步降低了出现故障的概率，软件运行的灵活性更强，可以为故障检测与排除提供便利条件。由此可见，PLC 技术可广泛应用于泵站设计及泵站系统控制领域，为提升控制效果与经济效益打下基础。参考文献1 王云刚.S7-300 PLC 在自动供水控制系统中的应用 J.现代工业经济和信息化，2021，11（5）：114-117.2 蒋培洪，欧阳远波，刘武.基于加压泵站恒压自动供水的中控系统设计 J.机电工程技术，2022，51（11）：207-211.3 周保安.一体化泵站 PLC 自控系统的设计与实现 J.水科学与工程技术，2022（1）：39-41.4 冯海军.PLC 在泵站自动控制系统中的运用 J.科技与创新，2023（5）：173-175.