基于PLC的城市污水泵站集中控制系統(tǒng)應(yīng)用

1 引言
　　城市雨污水首先通過地下管網(wǎng)分區(qū)排放到各自泵站，然后由各泵房把污水泵到污水處理廠經(jīng)過處理最終排入江河。據(jù)我了解雖然我國(guó)各城市較早的建立了排污系統(tǒng)，但管理也比較落后原始，每個(gè)泵站還由人工管理;隨著城市的不斷擴(kuò)大，污水池不斷相應(yīng)增加，由于污水池零星分布在整個(gè)市區(qū)，若按原先管理模式，需要消耗大量資金，管理和控制也非常麻煩，效率極低下，完全不能適應(yīng)現(xiàn)代城市發(fā)展的需要。為了提高管理工作的信息化水平，提高城市污水的處理能力，減少企業(yè)人員不斷增加帶來的沉重負(fù)擔(dān)，提高企業(yè)效益，必須從原來的人工管理改造為計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)化管理，建立網(wǎng)絡(luò)管理體系是一個(gè)必然趨勢(shì)。
        2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想
　　采用分級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)工藝過程進(jìn)行集中管理、分散控制。其總體設(shè)計(jì)思想是：利用電信的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN作為整個(gè)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，做到不管有多少個(gè)泵站和多少個(gè)水池，距離有多遠(yuǎn)，所有的控制和看管工作均由PLC和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)完成。并且實(shí)現(xiàn)了客戶端之間的無關(guān)性，可實(shí)現(xiàn)多客戶端操作，使客戶端機(jī)器協(xié)調(diào)工作，提高整個(gè)排污系統(tǒng)的工作效率。節(jié)省大量資金，減少人員編制，提高管理，具有很極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)提供多級(jí)容錯(cuò)機(jī)制，保證系統(tǒng)能夠安全順暢地運(yùn)行。

 

圖1泵站網(wǎng)絡(luò)示意圖

      3 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　本系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)主機(jī)，可編程控制器（PLC），液位傳感器組成，電能統(tǒng)計(jì)電度表組成。系統(tǒng)嵌入進(jìn)原先的控制系統(tǒng)中，既保留了原先的的控制功能又添加了新的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制功能和大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析統(tǒng)計(jì)功能。系統(tǒng)可根據(jù)操作人員在計(jì)算機(jī)中設(shè)定的參數(shù)，在不同水位下自動(dòng)開停機(jī)，也可由操作人員在計(jì)算機(jī)上直接開停機(jī)。每臺(tái)水泵及格柵機(jī)均可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇受計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制;如果計(jì)算機(jī)遇到故障還能由PLC里的控制系統(tǒng)完成自動(dòng)控制各機(jī)器功能;或脫離計(jì)算機(jī)控制，改為原先的控制系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)每天自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作水泵的優(yōu)先開機(jī)順序以平均各水泵的工作時(shí)間。系統(tǒng)的監(jiān)控界面可供值班人員監(jiān)控各臺(tái)泵的工作情況，流量，水位等參數(shù)。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和報(bào)表查詢，打印功能。

 

圖2 系統(tǒng)方案示意圖
 

     4 具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
　　根據(jù)工藝流程、控制點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝地理環(huán)境，我們采用先進(jìn)的管理控制技術(shù)，系統(tǒng)分為控制層、監(jiān)控層、管理層三層進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。
　　（1）控制層用可編程控制器作為底層控制中心分別對(duì)排污設(shè)備、監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制、監(jiān)測(cè)，采集信息，控制設(shè)備運(yùn)行。
　　PLC（Programmable Logical Controller）全稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱可編程控制器。它以微型計(jì)算機(jī)為核心的工業(yè)控制裝置，它集電控、電儀、電傳三電于一體，是現(xiàn)代工業(yè)三大支柱之一。由于它的功能強(qiáng)、可靠性高、適應(yīng)性好以及模塊化結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。把個(gè)人計(jì)算機(jī)連入PLC網(wǎng)絡(luò)可以向用戶提供諸如工藝流程圖顯示、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、報(bào)表編制、趨勢(shì)圖生成、窗口技術(shù)以及生產(chǎn)管理等多種功能，作為底層單元的PLC完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開/關(guān)量、模擬輸入/輸出量的控制處理，而利用微型計(jì)算機(jī)良好的人機(jī)對(duì)話界面和數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)PLC進(jìn)行監(jiān)控，充分發(fā)揮PLC可靠、靈活的控制性能和計(jì)算機(jī)在管理、監(jiān)控等方面。
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC不僅能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，而且已發(fā)展成為集各種控制、運(yùn)算、通信為一體的功能強(qiáng)大的控制器。由于其編程簡(jiǎn)單、修改方便及工作可靠，在工業(yè)生產(chǎn)中它的應(yīng)用也越來越廣泛。
　　（2）監(jiān)控層在泵房?jī)?nèi)設(shè)控制室，帶有視頻監(jiān)控，主要監(jiān)控整個(gè)泵房?jī)?nèi)格柵機(jī)和每臺(tái)泵的運(yùn)行狀態(tài)，各種機(jī)柜的電流電壓度表與計(jì)算機(jī)顯示是否一致，監(jiān)控處理過程由PLC的模擬輸入模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將有關(guān)水泵的運(yùn)行狀況及有關(guān)信息上傳污水處理監(jiān)控中心，污水處理監(jiān)控中心則將指令下傳至各PLC控制器，由PLC控制現(xiàn)場(chǎng)各儀器及儀表。
　?。?）管理層主要在污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控中心完成，所有采集的數(shù)據(jù)通過虛擬局域網(wǎng)遠(yuǎn)程通信傳輸?shù)奖O(jiān)控層桌面?zhèn)€人計(jì)算機(jī)，而桌面?zhèn)€人計(jì)算機(jī)又通過RS232通信模塊發(fā)送控制命令給PLC，完成水泵的啟動(dòng)和停止控制?？倲堈麄€(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。系統(tǒng)同時(shí)還充分考慮了在特殊情況下的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制以保證排水系統(tǒng)的流暢運(yùn)行并有效地保護(hù)設(shè)備。對(duì)水泵耗電量用電流、電壓、時(shí)間來計(jì)算。當(dāng)出現(xiàn)停電情況時(shí)，PLC將記憶檢測(cè)的數(shù)據(jù)，桌面?zhèn)€人計(jì)算機(jī)將記憶設(shè)置狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)記憶相應(yīng)的狀態(tài)，使其在脫機(jī)狀態(tài)下，整個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。在個(gè)人計(jì)算機(jī)端，軟件具有狀態(tài)設(shè)置、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存貯、報(bào)表打印功能。
　　實(shí)際上整個(gè)控制系統(tǒng)可以在任何地點(diǎn)控制如：控制室，辦公室均可，整個(gè)系統(tǒng)可以非常強(qiáng)勁的工作，采用了很多錯(cuò)誤處理。系統(tǒng)的擴(kuò)展性很強(qiáng)，不管有多少個(gè)泵和多少個(gè)水池，距離有多遠(yuǎn)，所有的看管工作均由計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)完成。系統(tǒng)能記錄設(shè)備的運(yùn)行的原始數(shù)據(jù)，并做出信息處理，給出各種報(bào)表和運(yùn)行曲線圖，能實(shí)時(shí)了解全部系統(tǒng)的運(yùn)行情況。
　　系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如下：

圖3系統(tǒng)運(yùn)行流程圖
 

      5 結(jié)論
　　本文所研究的城市污水進(jìn)行集中控制系統(tǒng)，主體控制部分采用可編程序控制器、一些傳感器和計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)租用電信的VPN; 該系統(tǒng)在桂林市經(jīng)過近兩年的現(xiàn)場(chǎng)投入應(yīng)用表明，穩(wěn)定可靠，自動(dòng)化程度高，為桂林市排水公司帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益，正在往社會(huì)推廣。