西門子控制單元6SL3040-0PA01-0AA0

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,，自動化監(jiān)控程度低,，大部分的泵站僅有單級的常規(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,。該項目是以上海市浦東新區(qū)塘橋泵站為實施對象,，進(jìn)行整個泵站的自動化監(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)?。服?wù)面積240公頃，總排水量為13.8米3/秒,。
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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(nèi)外區(qū),，污水由內(nèi)區(qū)流經(jīng)格柵除污后,，到外區(qū)排入黃浦江中。集水池內(nèi)外區(qū)邊安裝有超聲波液位儀用來檢測內(nèi)外區(qū)水位和水位差,。
　　③除污機(jī)：泵站裝有鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī)2臺,，除污機(jī)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(jiān)控器監(jiān)測三相溫度，當(dāng)溫度超限能自動啟動風(fēng)機(jī)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(nèi)裝有進(jìn)線柜2臺（柜1,，13）,；功率因素補(bǔ)償柜4臺（柜2，3,，11,，12）；泵開關(guān)柜（柜4-6,，8-10）和聯(lián)接柜1臺（柜7）,。

圖1

2.2控制要求
　　以塘橋泵站為設(shè)施對象,，進(jìn)行整個泵站的自動化監(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，能實現(xiàn)就地自動補(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(nèi)設(shè)置自動化監(jiān)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(xiàn)自動化監(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(jī),。
　　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(jìn)行動態(tài)監(jiān)控管理,，故障報警,，工況記錄和報表打印。
　　⑧預(yù)留通信接口,，可通過電話線路或DDN網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳送,。

3.硬件系統(tǒng)構(gòu)成
　　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/塊）,。處理128點輸入信號。
　　③數(shù)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(nèi)有三個，其中一個為備用擴(kuò)展框架,；另一個在操作臺內(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SIEMENS還沒有此類HMI）來 實 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)的最大值,。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)控數(shù)據(jù),。因為泵站是采用雙路電網(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,。
　　其他的裝置的信號都是通過數(shù)字量或模擬量點出點入與PLC連接,。

圖2

4．軟件監(jiān)控實現(xiàn)
　　塘橋泵站自動化監(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,，根據(jù)具體情況將作出不同響應(yīng)。處理的信號有：六臺泵電機(jī)的溫度和振動,；進(jìn)出水閘門狀態(tài),；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(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）,；污水池水位等,。
　　系統(tǒng)故障分類為三級:一級故障定義為。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,。二級故障定義為次級。當(dāng)發(fā)生此類故障時將禁止故障點的控制輸出,，系統(tǒng)作自動調(diào)正繼續(xù)當(dāng)前操作,。故障報警和恢復(fù)同一級故障。三級故障定義位,。當(dāng)發(fā)生此類故障時,，僅聲光預(yù)警，不中斷當(dāng)前操作,。根據(jù)系統(tǒng)中產(chǎn)生的各種故障實施相關(guān)的故障聲光報警和記錄,。此刻觸摸式顯示屏進(jìn)入故障報警畫面，顯示故障內(nèi)容,，性質(zhì),，地點，時刻和解決方案,，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。故障信號置位,，置二級故障報警,，由<系統(tǒng)故障處理>模塊處理。根據(jù)信號狀態(tài)點亮或熄滅有關(guān)指示燈。機(jī)同時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,，操作臺在泵自動運(yùn)行前，*行排污操作,。采用水位差檢測,，則根據(jù)水位差標(biāo)志實施自動排污。在自動排污時,，先在現(xiàn)場聲光預(yù)警,，再運(yùn)行裝置。
　　泵啟動柜有六臺與操作臺相聯(lián)進(jìn)行控制,。
　　①當(dāng)故障信號置位,，置二級故障報警，由<系統(tǒng)故障處理>模塊處理,。
　　②根據(jù)信號狀態(tài)點亮或熄滅有關(guān)指示燈,。
　　③當(dāng)泵開關(guān)柜上的選擇開關(guān)選擇遠(yuǎn)控，在操作臺上可實施四種泵運(yùn)行方式：手動方式,；自動方式,；預(yù)抽空方式；檢修方式,。
　　④在操作臺上對每臺泵設(shè)置有各自的狀態(tài)指示燈,；手動操作按紐和選擇開關(guān)。
　　⑤單臺泵的選擇開關(guān)有四檔：停止,；檢修,；手動和自動。當(dāng)設(shè)置手動檔時可實施手動或預(yù)抽空操作,。在自動檔時則允許該泵進(jìn)入系統(tǒng)自動運(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；自動和預(yù)抽空,。<停止>禁止所有泵的運(yùn)行,；<自動>允許單臺泵選擇開關(guān)設(shè)置在自動檔的泵進(jìn)入自動運(yùn)行組態(tài)。<預(yù)抽空>允許單臺泵選擇開關(guān)設(shè)置在手動檔的泵預(yù)抽空運(yùn)行,。
　　⑦泵的啟動和停止要延時依次投入和退出。
　　⑧泵的基本聯(lián)鎖條件：A.一級故障,，電源故障禁止所有泵運(yùn)行,；B.泵電機(jī)故障，泵啟動柜故障禁止對應(yīng)泵運(yùn)行,；C.泵的不同運(yùn)行要附合上述泵啟動柜,，操作臺之間的正確設(shè)置；D.水位聯(lián)鎖,。
　　⑨當(dāng)滿足上述不同聯(lián)鎖條件,，泵可進(jìn)入手動,，檢修,預(yù)抽空或自動運(yùn)行。
　　⑩在泵自動運(yùn)行時,要根據(jù)水位點和水位區(qū)來確定需運(yùn)行的泵數(shù),；判斷能投入自動組態(tài)的泵是否滿足上述要求,，如不滿足，則故障報警,；如可組態(tài)的泵多于所需投入運(yùn)行的泵,，則依據(jù)這些泵運(yùn)行時間累計數(shù)小的泵投入運(yùn)行。隨著水位降低,，逐步退出當(dāng)前運(yùn)行時間最長的泵,。

4．3數(shù)據(jù)處理和人機(jī)界面處理
　　①數(shù)據(jù)統(tǒng)計：泵啟動柜交流接觸器動作計數(shù)；泵運(yùn)行時間累計,；泵站排水量累計,；降雨量累計；用電量累計,。
　　②數(shù)據(jù)設(shè)置：水位值,，水位差值和流量值設(shè)置；變壓器的溫度和瓦斯值設(shè)置,；雨量值設(shè)置,；泵電機(jī)的溫度和震動值設(shè)置；電力參數(shù)設(shè)置,；防盜有效與否設(shè)置,。
　　③與觸摸式顯示屏的數(shù)據(jù)通信：觸摸式顯示屏采用工業(yè)級人機(jī)介面。主要完成下列任務(wù)：泵站運(yùn)行監(jiān)控,；故障報警,記錄和排除提示,；參數(shù)設(shè)置；模擬鍵盤操作,；數(shù)據(jù)記錄處理,；工藝曲線顯示；工況模擬顯示,；泵站概貌顯示,。
　　④打印機(jī)打印處理：故障隨機(jī)打印,；運(yùn)行狀態(tài)打?。粎?shù)設(shè)置打??；工作報表打印；動態(tài)曲線打??；設(shè)備狀態(tài)打印,；數(shù)據(jù)統(tǒng)計打?。伙@示屏幕打印,。

5．結(jié)語
　　塘橋泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)自1998年改造至今已近兩年,，正常運(yùn)行證明：整個系統(tǒng)設(shè)計合理 *；操作簡便,；可靠性高,；符合用戶預(yù)期的要求，將推廣應(yīng)用至其他地區(qū)