利用小型PLC实现水泵组自动控制的优化

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欢迎访问e展厅 展厅 2 真空设备/泵展厅 水泵, 罗茨泵, 螺杆泵, 齿轮泵, 离心泵, ... 水泵作为给排水工业中常用的设备，应用十分广泛，尤其是多台水泵组成的水泵组十分常见，在许多大中型污水处理厂和泵站中的水泵组，基本都实现了PLC自动化控制。PLC自动控制有很多的优势，能够实现流量的自动调节、平衡、报警等操作，还能实现无人值守运行，控制起来也十分方便。随着小型PLC大量进入工业及民用市场，价格也接近甚至低于继电器控制的成本，许多以前只有大中型PLC才能完成的控制项目，也能够由一些控制和维护都更加方便的小型PLC来实现，如三菱的FX系列、西门子的S7-200系列等小型PLC，所需人力的维护更少。 1 问题提出 保定污水处理厂建厂之初就实现了完全PLC控制的自动化，进水泵的自动控制系统由一套较复杂的PLC程序来实现，其中包括时间控制、液位控制、报警系统、循环备用等功能，这样一套完整的PLC系统在实际运行中较稳定，为污水处理厂的稳定运行做出了贡献。但由于是多年前的PLC系统，其程序繁琐复杂，易读性差，程序的升级和维护基本无法由维护人员来完成，尤其作为一套运行了多年的系统，在实际运行中发现了一些问题。具体来说，保定污水处理厂的PLC水泵控制方式主要是通过一种循环启停来控制多台污水水泵（如：P1、P2、P3、P4……），自动控制程序的操作者可以通过远程的人机界面（HMI）来设定几个控制液位（L1、L2、L3、L4……）以及一些平衡和报警的临界点，如单台泵的持续运行时间等。该液位对水泵的控制是一种不完全的循环控制方式，具体运行方式举例如下：达到液位L3将同时启动P1、P2、P3，而低于L3将同时启动P1、P2而停止P3。（其它液位如L1、L2、L3对水泵启停台数的控制可以依此类推），而系统通过定期切换P1、P2、P3、P4的顺序，来有效保证长时间内各台设备的开机时间大致相同，防止出现单台设备磨损严重的问题。然而，在多年的实际运行中发现，液位处于某一临界值上下波动，很容易造成某一台水泵的频繁启停。如液位靠近L3，将造成第3台水泵P3的频繁启停，定期切换P1至P4启动顺序只能解决长时间的运行时间平衡问题，而在设定的时间段内，（如一周），这种单台泵频繁启停无法避免，这样实际上设备的损耗十分严重。 2 解决方案 改进这种情况其实正是PLC控制的优势所在，要想通过改进PLC程序的运行来避免出现上述情况，需要对循环的设备组采用“先启者先停”的循环投切控制方式。 为实现该想法，特以三菱FX2N系列小型PLC为例来编程。 I/O设定：X000～X003对应4个控制液位；Y000～Y003对应4台水泵；数据寄存器D0存放水泵组中即时激活的某一台水泵编号；数据寄存器D10存放水泵组启停状态映像数据；数据寄存器D20存放水泵组堆栈临时取出数据。 基本思路如下： （1）初始化数据时，将4台水泵的编号设定为：1、2、4、8，这样就可以对应到数据寄存器的D0的后4位中去。同时将D10初始化为0。设定一个堆栈，由X000～X003的上升沿激活数据D0进入堆栈的开关M0，上升沿同时使数据寄存器D0中的数据发生一次循环左移，其结果与D10进行“或”运算后重新赋值给D10并将D0送入堆栈，使堆栈中依次保持最近4次水泵激活的编号。这样，每增加一次进入堆栈操作，D10中的数据就会增加该水泵对应的编号数。 （2）另外，由X000～X003的下降沿激活数据读出堆栈的开关M1，取出最早一次的水泵激活编号放入临时寄存器D20，然后将D20与D10进行“异或”运算，其结果也即时保存到D10中。同样的道理，每增加一次读出堆栈操作，D10中的数据就会减少该水泵对应的编号数。 （3）最后，将D10的后4位数据对应到Y000～Y003中，完成最后的水泵状态输出。 根据上述思路编写相关部分程序： LD M0//堆栈写入开关M0（由四个液位上升沿激活） ROLP D0 K1 // M0控制D0中数据循环左移一位 MPS AND C1 MOVP K1 D0 RST C1 MPP WORP D0 D10 D10 // D0与D10“或”运算后重新赋值给D10 SFWRP D0 D1 K6 //将D0送入堆栈 OUT C1 K3 //通过设定计数器C1的值来设定需要循环的泵的台数 LD M1//堆栈读出开关M1（由四个液位下降沿激活） SFRDP D1 D20 K6 //从堆栈中取出最早的水泵激活编号放入寄存器D20 WXOR D20 D10 D10 //D20与D10进行“异或”运算后重新赋值给D10 LD M8000 MOV D10 K1Y000 //用D10的后4位作为Y000～Y003四台泵的输出 注：完整程序使用GX Developer V7编写并调试通过，并通过GX Simulator 模拟程序的仿真运行，验证了其在实际应用中的可行性。 由程序可知，液位在各个临界点上下波动，会即时保证液位要求的水泵启动台数，同时液位的变动将对所有现有的水泵依次做循环启停，而不是仅仅针对某几台水泵做循环，即循环中将没有死角。举例来说，液位沿L3上下波动时将保证有效启动泵数为2或3台，同时对所有4台泵逐一循环，这样就达到了保护设备的目的。而且，不再需要定期切换水泵组启动顺序，因为程序运行后就可以对所有水泵依次开机，不用考虑备用设备定期切换的问题。 另外，在此基础上，可以通过设定C1的值并调整D10与Y000～Y003的输出关系来设计停机检修程序，允许系统在自动状态下停机检修一台或几台设备而不影响其它设备的循环。 3结语 PLC作为一种较先进的自动化控制手段，能够很容易地实现许多传统低压电器无法实现的控制功能，而且其升级和维护都十分简单，但同传统的低压电器控制一样，其程序的编写也需要程序员对于实际情况认真把握，联系实际情况才能真正提高现有设备的效率。 参考文献 [1]李乃夫.可编程控制器原理·应用·实验[M].北京：中国轻工业出版社，1998(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/20/2011)