CN105573243A - 一种基于plc的泵站监控*** - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于PLC的泵站监控***，包括：PLC控制柜和PLC壳体柜，其中所述PLC控制柜设置有PLC模块，其连接于输入输出信号接线端子和输出隔离继电器，所述PLC壳体柜设置有UPS电源***、信号上传排水公司采集装置、网络交换器和输入输出信号接线端子。本发明针对自控***随着使用年限增加、软硬件老化严重、故障率不断增加对泵站的影响，提出一种基于PLC(Programmable？Logic？Controller，可编程逻辑控制器件)的泵站监控***，提高泵站运行效率，实现泵站设备可用率提高，长期稳定和自动化运行。

Description

一种基于PLC的泵站监控***

技术领域

本发明涉及机械、自动化、PLC、控制等技术领域，且特别涉及一种基于PLC的泵站监控***。

背景技术

随着世界经济的高速发展，水资源的战略地位日益重要，水资源的有效利用和有效治理日益受到世界各国政府的重视。泵站——水的唯一人工动力来源，泵站由于其能效高、节能环保，已被广泛应用于各种行业。作为重要的工程措施，无论是在水资源的合理调度还是治理中都发挥着不可取代的作用。同时，泵站在防汛、排水、抗旱、农业和工业用水以及城乡居民生活用水方面发挥着重要作用。

泵站作为耗能大户，控制***经过多年使用，并且由于控制柜安装的低配室中蚀性气体浓度较高，夏天高温对设备影响显著。这些环境因数导致设备老化严重，近年来经常发生控制***元件故障，特别是PLC模块和智能电力参数测量仪的故障率非常高，且维修难度很大。考虑到***已经整体老化，维修成本支出越来越大，为了更好地发挥泵站监控***的优越性，减轻操作工人的工作强度，保证防汛泵站设备的正常运行，亟需对控制***进行更新改造。

发明内容

本发明针对自控***随着使用年限增加、软硬件老化严重、故障率不断增加对泵站的影响，提出一种基于PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器件)的泵站监控***，提高泵站运行效率，实现泵站设备可用率提高，长期稳定和自动化运行。

为了达到上述目的，本发明提出一种基于PLC的泵站监控***，包括：PLC控制柜和PLC壳体柜，其中所述PLC控制柜设置有PLC模块，其连接于输入输出信号接线端子和输出隔离继电器，所述PLC壳体柜设置有UPS电源***、信号上传排水公司采集装置、网络交换器和输入输出信号接线端子。

进一步的，所述PLC控制柜的开关量输入信号采用光电隔离输入，输出信号采用继电器隔离输出，模拟量输入信号采用相应的隔离模块输入。

进一步的，所述PLC控制柜设置有备用输入输出信号接线端子。

进一步的，所述PLC模块进行PLC控制分三种模式实现，即预留远程控制模式、就地控制模式和检修模式，

其中所述预留远程控制模式指通过有线PSTN或无线数传电台方式远程控制泵站设备运行/停止的模式；

所述就地控制模式分为手动/自动两种控制模式，就地自动控制模式能按预先约定的规则和调节方法自动控制现场设备，利用PLC的逻辑控制功能，提供设备的自动控制及关联设备的联动、连锁控制，所述就地手动模式是在人机操作界面上通过点击屏幕上的启动/停止按钮对单台设备进行手动操作。

进一步的，所述PLC模块包括水泵控制模块、闸门控制模块和阈值监视及报警模块，

其中所述水泵控制模块用于对泵站内雨污水泵执行自动控制，根据格栅后水位高度决定水泵的开机台数；

所述闸门控制模块将闸门的位置信号、升降动作信号、报警信号送至PLC模块；

所述阈值监视及报警模块对设备运行工况进行监视，其中包括电量阈值与工艺阈值的监视，所述电量阈值包括：进线电压，泵站低压侧总电流、总功率、总电量、水泵电机电流，工艺阈值包括：上下限水位，总出水流量，对阈值的越限值及越限时刻作为报警记录储存，并由PLC模块输出报警信号。

进一步的，该***还设置有液位数显表，用于对液位的观察，同时在六台水泵启动柜上增加18套电流变送器，在两台低压进线柜上增加6套电压变送器，布置信号电缆与PLC模块连接，提高电流电压信号采集的可靠性。

进一步的，该***还包括监控仪表模块，其通过泵站计算机进行监控，并设计有工控机人机交互界面，其包括泵站运行工艺总图模块、事件顺序记录模块、配电***图模块、报警处理模块和趋势记录模块，

其中所述泵站运行工艺总图模块根据泵站设备的实际布置位置，建立泵站运行工艺总图，准确显示水位、各水泵运行状态以及闸门位置状态的设备信息；

所述事件顺序记录模块根据开关信号及设备故障信息的发生时间，监控***将及时记录事件或事故的发生地点及时间，方便进行查询；

所述配电***图模块负责实时显示各项电力参数，包括泵站配电柜的状态和电力测量参数；

所述报警处理模块用于监视生产过程、设备状态及运行参数变化，并能对超时超限报警进行相应的安全处理；

所述趋势记录模块具有实时趋势和历史趋势图查询功能，记录长期时间内的雨量及水位变化曲线，方便泵站管理需求。

本发明针对自控***随着使用年限增加、软硬件老化严重、故障率不断增加对泵站的影响，提出一种基于PLC的泵站监控***，提高泵站运行效率，实现泵站设备可用率提高，长期稳定和自动化运行。解决了设备老化带来的信号采集不精确、维修成本高等问题。最后设计了监控***的人机交互平台，实现了关键设备实时监控。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的基于PLC的泵站监控***结构示意图。

图2所示为本发明较佳实施例的泵站控制***结构示意图。

图3所示为本发明较佳实施例的工控机人机交互界面示意图。

图4所示为本发明较佳实施例的泵站运行工艺总图示意图。

图5所示为本发明较佳实施例的事件顺序记录示意图。

图6所示为本发明较佳实施例的配电***示意图。

图7所示为本发明较佳实施例的报警数据库示意图。

图8所示为本发明较佳实施例的趋势记录示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，图1所示为本发明较佳实施例的基于PLC的泵站监控***结构示意图。本发明提出一种基于PLC的泵站监控***，包括：PLC控制柜100和PLC壳体柜200，其中所述PLC控制柜100设置有PLC模块110，其连接于输入输出信号接线端子120和输出隔离继电器130，所述PLC壳体柜200设置有UPS电源***210、信号上传排水公司采集装置220、网络交换器230和输入输出信号接线端子240。

根据本发明较佳实施例，计算机监控***按标准进行总体设计，本着安全可靠、技术先进、经济、实用的原则进行设备配置，制定以下结构框架：所述PLC控制柜的开关量输入信号采用光电隔离输入，输出信号采用继电器隔离输出，模拟量输入信号采用相应的隔离模块输入。此外考虑现场环境有腐蚀性气体，控制柜采用高档的施耐德品牌，密封性也将达到较高防护标准。

进一步的，所述PLC控制柜设置有备用输入输出信号接线端子。更新改造后的***将能够满足未来5年内设备稳定运行的要求，并预留一定数量的输入输出点做备用，可以方便地进行***扩容。

图2所示为本发明较佳实施例的泵站控制***结构示意图。所述PLC模块进行PLC控制分三种模式实现，即预留远程控制模式、就地控制模式和检修模式，其中所述预留远程控制模式指通过有线PSTN或无线数传电台方式远程控制泵站设备运行/停止的模式，它由调度中心监控***来实施，为泵站控制***的上级监控***，实现对泵站的远程控制、远程数据采集。

所述就地控制模式分为手动/自动两种控制模式，就地自动控制模式能按预先约定的规则和调节方法自动控制现场设备，利用PLC的逻辑控制功能，提供设备的自动控制及关联设备的联动、连锁控制。

在该模式下，就地控制***在启动泵前，要先判断各进水闸门、出水闸门是否处于相应合理位置，如果有闸门处于不合理位置，则要报警，根据预先设定好的控制参数(如液位、液位差、流量等)，合理启动相关设备(如泵组、格栅除污机等)以达到自动控制的目的。

所述就地手动模式是在人机操作界面上通过点击屏幕上的启动/停止按钮对单台设备进行手动操作。

所述PLC模块包括水泵控制模块、闸门控制模块和阈值监视及报警模块。

其中，所述水泵控制模块用于对泵站内雨污水泵执行自动控制，启停泵的输出控制信号是脉冲信号，其幅值和宽度根据实际需要制定、调整。根据格栅后水位高度决定水泵的开机台数，入口水位高于上限时增开一台泵，延迟一定时间后，仍高于上限则再增开一台水泵，保证合理的分布启动。水位低于下限时自动停一台，延迟一定时间后，仍低于下限则再停开一台，如此类推。

原则上使先启动的泵先停，以实现泵的循环使用，力求泵的运转时间均等，并避免一台泵开、停次数过多的现象发生。

以预定时间间隔连续三次启动水泵失败，说明设备有故障，无法启动，应自动启动下一台泵，同时将故障的泵号以状态字的格式建立标志。

当格栅前后液位中任何一个数值低于泵站最低液位时，禁止启动水泵，正在运行的水泵立即停机。水泵在一定时间间隔内的启停次数将严格按照水泵特性要求执行。每台水泵的运行时间将累计并且记录，以保证各台水泵的运行时间的均匀，同时根据泵组保养要求，提出保养维修建议。

所述闸门控制模块将闸门的位置信号、升降动作信号、报警信号送至PLC模块；闸门的控制有检修和就地控制两种模式，由闸门控制箱面板上的转换开关来选择，检修控制模式的优先级高于就地控制模式。模式转换开关的状态应反馈给PLC。

检修模式：人工操作闸门或闸阀控制箱面板上的按钮，控制闸门的开启和关闭。

就地控制模式：闸门或闸阀执行来自PLC的启闭控制命令。操作人员可以在PLC的操作界面上手动控制闸门的开启和关闭。

***在转换成自动模式时，将自动检测各闸门所处状态，当有闸门处于不合理状态时，***在开泵时将自动产生报警。

格栅除污机及压榨机输送机的控制

格栅除污机、压榨机、输送机的状态信号(运行、停止、报警)以及格栅前后液位信号均应送至PLC。格栅除污机和压榨机、输送机的控制有检修和就地控制两种模式，控制箱面板上设置检修和就地控制转换开关，由人工切换控制模式，检修模式的优先级高于就地控制模式。模式转换开关的状态反馈给PLC。

检修模式：人工操作设备控制箱面板上的按钮，控制相对应设备的启动、停止。

就地控制模式：PLC按格栅前后液位差及预先编制的程序控制格栅除污机的启动和停止，格栅前后液位差不能大于0.2m。

所述阈值监视及报警模块对设备运行工况进行监视，其中包括电量阈值与工艺阈值的监视，所述电量阈值包括：进线电压，泵站低压侧总电流、总功率、总电量、水泵电机电流，工艺阈值包括：上下限水位，总出水流量，对阈值的越限值及越限时刻作为报警记录储存，并由PLC模块输出报警信号。

报警信号类别如下：

a)进线断路器跳闸；b)低压进线柜过电流；c)水泵电机过电流；d)水泵电机启动失败和泵组故障；e)闸门故障和控制失败；f)超高液位、超低液位；g)格栅除污机故障和启动失败；h)压榨机、输送机故障和启动失败；i)仪表、变送器故障。

进一步的，该***还设置有液位数显表，用于对液位的观察，同时在六台水泵启动柜上增加18套电流变送器，在两台低压进线柜上增加6套电压变送器，布置信号电缆与PLC模块连接，提高电流电压信号采集的可靠性。

该***还包括监控仪表模块，其通过泵站计算机进行监控，并设计有工控机人机交互界面，其包括泵站运行工艺总图模块、事件顺序记录模块、配电***图模块、报警处理模块和趋势记录模块。

监控应用软件采用亚控科技的组态王软件，能以客户端和服务器的形式构成分布式的***结构。组态王监控软件具备工业自动化应用中的实时数据采集,报警和事件管理,历史数据存储、报告生成，本地及远程PLC/RTU的通信，数据控制，良好的设计和组态功能(人机界面)，并有分级权限和密码保护等安全设置功能。

组态王监控***能对各种报警类型进行相应的安全处理，并能在监视画面上有相应的指示灯闪烁，同时发出报警声响加以提示。报警对象、内容、时间可列表记录或打印。组态王具有全图形化界面、全集成、面向对象的开发方式，使得***开发人员使用方便、简单易学。

该软件***应该是一个分布式的平台***，包括集成开发环境，存储历史数据的工业实时数据库***，用于过程可视化的HMI软件，用于查询,分析,报表生成，趋势等功能的展示工具，分布式的报警服务***，以及与多种PLC或第三方的应用程序进行通信的独立采集软件。

组态王监控软件***的架构是先进、完整的，并且拥有足够的灵活性，使单机***能容易地扩展到具备单一的或冗余设备通信***和历史数据库的大规模的分布式网络***。

人机界面为中文界面，操作简便、灵活、可靠，对话提示清楚准确，具有一致性；运行组态王的泵站计算机监控***采集现场设备数据，生成整个泵站的生产工艺流程、电力***实时动态图，为泵站生产操作人员提供清晰、友善的人机监测界面。

界面主要功能的设计将按照目前排水泵站的管理需求进行，主要的功能包括泵站设备远程操作，设备运行工况实时监视，值班人员设备操作记录，泵站各设备运行记录，泵站运行工况三线图记录等，并能保存一年以内的运行历史数据供查阅。

根据***操作权限设计，操作员等级权限只能对***设备进行监视、控制调节和参数设置，而只有工程师权限才允许安装、修改或测试各种应用软件；保证了日常运行中的稳定性。

上位监控***以组态王为***平台，编写上位监控***，根据整个监控***的要求，***功能模块结构(见图3所示)。

请参考图4，图4所示为本发明较佳实施例的泵站运行工艺总图示意图。其中所述泵站运行工艺总图模块根据泵站设备的实际布置位置，建立泵站运行工艺总图，准确显示水位、各水泵运行状态以及闸门位置状态的设备信息。

请参考图5，图5所示为本发明较佳实施例的事件顺序记录示意图。所述事件顺序记录模块根据开关信号及设备故障信息的发生时间，监控***将及时记录事件或事故的发生地点及时间，方便进行查询；工程开发人员可根据事件或事故记录的事件顺序，分析事故原因，并对开关量信号输入有相应的信号过滤程序，以防止抖动信号的多次输入。

图6所示为本发明较佳实施例的配电***示意图。所述配电***图模块负责实时显示各项电力参数，包括泵站配电柜的状态和电力测量参数。

请参考图7，图7所示为本发明较佳实施例的报警数据库示意图。所述报警处理模块用于监视生产过程、设备状态及运行参数变化，并能对超时超限报警进行相应的安全处理；能自动诊断出泵站运行过程中的异常状态，以及现场控制设备或者通信***产生的故障并发生的报警信号，当过程检测或运转设备出现越限或故障时，工艺流程图上相应的图例将闪烁红灯并以报警声响加以提示。通过键盘或触摸屏解除报警声响，故障消除之后，状态颜色恢复正常。

对于已确认的报警应标记报警发生时标，并存入报警数据库。

请参考图8，图8所示为本发明较佳实施例的趋势记录示意图。所述趋势记录模块具有实时趋势和历史趋势图查询功能，记录长期时间内的雨量及水位变化曲线，方便泵站管理需求。

本发明针对自控***随着使用年限增加、软硬件老化严重、故障率不断增加对泵站的影响，提出一种基于PLC的泵站监控***，提高泵站运行效率，实现泵站设备可用率提高，长期稳定和自动化运行。解决了设备老化带来的信号采集不精确、维修成本高等问题。最后设计了监控***的人机交互平台，实现了关键设备实时监控。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种基于PLC的泵站监控***，其特征在于，包括：PLC控制柜和PLC壳体柜，其中所述PLC控制柜设置有PLC模块，其连接于输入输出信号接线端子和输出隔离继电器，所述PLC壳体柜设置有UPS电源***、信号上传排水公司采集装置、网络交换器和输入输出信号接线端子。

2.根据权利要求1所述的基于PLC的泵站监控***，其特征在于，所述PLC控制柜的开关量输入信号采用光电隔离输入，输出信号采用继电器隔离输出，模拟量输入信号采用相应的隔离模块输入。

3.根据权利要求1所述的基于PLC的泵站监控***，其特征在于，所述PLC控制柜设置有备用输入输出信号接线端子。

4.根据权利要求1所述的基于PLC的泵站监控***，其特征在于，所述PLC模块进行PLC控制分三种模式实现，即预留远程控制模式、就地控制模式和检修模式，

其中所述预留远程控制模式指通过有线PSTN或无线数传电台方式远程控制泵站设备运行/停止的模式；

所述就地控制模式分为手动/自动两种控制模式，就地自动控制模式能按预先约定的规则和调节方法自动控制现场设备，利用PLC的逻辑控制功能，提供设备的自动控制及关联设备的联动、连锁控制，所述就地手动模式是在人机操作界面上通过点击屏幕上的启动/停止按钮对单台设备进行手动操作。

5.根据权利要求1所述的基于PLC的泵站监控***，其特征在于，所述PLC模块包括水泵控制模块、闸门控制模块和阈值监视及报警模块，

其中所述水泵控制模块用于对泵站内雨污水泵执行自动控制，根据格栅后水位高度决定水泵的开机台数；

所述闸门控制模块将闸门的位置信号、升降动作信号、报警信号送至PLC模块；

所述阈值监视及报警模块对设备运行工况进行监视，其中包括电量阈值与工艺阈值的监视，所述电量阈值包括：进线电压，泵站低压侧总电流、总功率、总电量、水泵电机电流，工艺阈值包括：上下限水位，总出水流量，对阈值的越限值及越限时刻作为报警记录储存，并由PLC模块输出报警信号。

6.根据权利要求1所述的基于PLC的泵站监控***，其特征在于，该***还设置有液位数显表，用于对液位的观察，同时在六台水泵启动柜上增加18套电流变送器，在两台低压进线柜上增加6套电压变送器，布置信号电缆与PLC模块连接，提高电流电压信号采集的可靠性。

7.根据权利要求1所述的基于PLC的泵站监控***，其特征在于，该***还包括监控仪表模块，其通过泵站计算机进行监控，并设计有工控机人机交互界面，其包括泵站运行工艺总图模块、事件顺序记录模块、配电***图模块、报警处理模块和趋势记录模块，

其中所述泵站运行工艺总图模块根据泵站设备的实际布置位置，建立泵站运行工艺总图，准确显示水位、各水泵运行状态以及闸门位置状态的设备信息；

所述事件顺序记录模块根据开关信号及设备故障信息的发生时间，监控***将及时记录事件或事故的发生地点及时间，方便进行查询；

所述配电***图模块负责实时显示各项电力参数，包括泵站配电柜的状态和电力测量参数；

所述报警处理模块用于监视生产过程、设备状态及运行参数变化，并能对超时超限报警进行相应的安全处理；

所述趋势记录模块具有实时趋势和历史趋势图查询功能，记录长期时间内的雨量及水位变化曲线，方便泵站管理需求。