西门子模块总代理商-六安地区

排灌站的主要功能是将城外河道的水源引入城内，为水利部门提供排灌，也担当着抗洪排涝的重任。将河道漂流的杂物如果吸入正在运行的水泵，轻者使其叶轮卡死;重者使其叶轮断裂，导致电机烧坏事故的发生，对排灌站水泵的安全运行带来了种种隐患。为了确保水道的畅通、防洪防汛以及水环境治理，必须采用格栅(带有横竖条的筛子)拦截污物，工程采用的回转式捞污机，可以均匀连续地从河道里捞取污物，以便于后道工序的处理。

   对排灌站的8个并列格栅和4台水泵进行统一管理，实现设备全工作过程(抽水、清污、输送、挤压)的自动化控制，出现故障及时报警停机并自我诊断，确保其正常运转，这是设计西门子PLC自控系统的思路和初衷。捞污、挤压设备及自行设计的整套自动控制系统现安装于江苏省南京市的一个水利排灌站，也适用于其它市政部门的泵站应用。排灌设备主要由4台水泵、8台捞污机、2台输送机(水平和倾斜输送各1台)、1台污物挤压机和自控系统组成，湿落落的污物经设备处理后，变成干的块状垃圾，既可减少该站的污物存放场地(在城市尤为重要)，又能增加车辆装载量，减少运输次数和节约运输成本;可避免运输途中的抛撒、滴漏所造成的二次污染，有利于环境保护。
    2  控制原理设计
该工程自控系统分手动、半自动、全自动间歇和全自动水位差等四种方式，操作人员可根据需要任选一种，四种控制方式实现互锁。
    2.1  水泵
   在自动状态下，水泵的开停由水位高度决定，当超声波传感器测得的模拟量相当于6m水位时，水泵电机按顺序启动，开始抽水;当模拟量相当于4.5m水位时，水泵全部停止抽水。自控系统根据水量的大小做出判断，自动选择开启水泵的数量。
    (1)水泵1工作30min后还未达到模拟量相对应的低水位(说明水量较大)，系统自动开启水泵2。
    (2)水泵1、2工作30min后还未达到低水位(说明水量很大)，系统自动开启水泵3。
    (3)水泵1、2、3工作30min后还未达到低水位(说明水量特大)，系统自动开启水泵4。
    (4) 水泵1工作30min后还超过高水位(说明水量特大)，系统自动开启水泵2、3、4。
    (5)水泵过载时，热继电器将切断主电路，整套设备停止工作，做出水泵电流过载的声、光报警。

    2.2 捞污机
    (1)格栅前后两个超声波测得的模拟量相对应的水位之差大于等于300mm时(水泵在开启状态，否则就没有水位差)，自控系统通过模拟量比较，按顺序启动捞污电机开始回转捞取污物。
    (2) 格栅前后水位差小于等于50mm时，捞污机全部停止工作。
    (3)捞污机采用双重安全保护，捞污机过载时，热继电器或磁性开关动作，切断主电路，整套设备停止工作，并做出捞污机电流或机械过载的声、光报警。
    2.3  输送机
    (1)捞污机启动数秒钟后，西门子PLC自控系统启动输送电机，水平再向上倾斜输送污物。
    (2)输送机过载时，热继电器将切断主电路，设备停止工作，做出输送机电流过载的声、光报警。
   过程显示画面 过程显示画面是由用户过程决定的显示画面，它的显示方式有两种：一种是固定式；另一种是可移动式。固定式的画面固定，通常，一个工艺过程 被分解为若干个固定式画面，各画面之间可以有重叠部分。对于工艺过程大而复杂的，采用分解成若干画面的过程单元，有利于操作。可移动式的画面 是一个大画面，在屏幕上仅显示其中一部分，通常为四分之一。通过光标的移动，画面可以上、下、左、右移动，有利于对工艺全过程的了解，在工艺 过程不太复杂且设备较少时可方便操作。由于大画面受画幅内存的限制，不可能无限扩大，采用可移动式的显示方式在流程长，设备数量较多时 也还需进行适当的分割。有些控制系统提供了画面放大的功能，允许用户对局部流程画面放大，这在过程显示画面屏幕较小，过程变量较多且密集显示 时，以及操作员培训时特别有用。过程显示画面应根据工艺流程经工艺人员和自控人员讨论后确定画面的 分割和衔接。过程显示画面中动态点的位置、扫描周期应有利于工艺操作并与过程变化要求相适应。过程显示画面应根据制造厂商提供的过程显示图形 符号绘制，管线颜色、设备颜色、颜色是否充满设备框、屏幕背景色等应与工艺人员共同讨论确定。明亮的暖色宜少选用，它容易引起操作员疲劳并造 成事故发生。据报道，冷色调具有镇静作用，有利于思想集中。在绘制过程显 示画面的时候，一定要正确选择。颜色应在整个系统中统一，如白色为数据显示等。画面的扫描频率，根据研究，宜人的频率是 66 次/s。过程动态 点的扫描周期应根据过程点的特性确定。过程显示画面与半模拟盘相似，它既有设备图又有被测和被控变量的数 据。通过下拉菜单、窗口技术、固定和动态键可以方便地更换显示画面或者开设窗口显示等。工艺过程的操作可以在该类画面完成。过程显示画面具有 下列特性： ① 有利于对工艺过程及其流程的了解； ②有利于了解控制方案和检测、控制点的设置； ③ 有利于了解设备和参数的关联情况； ④ 信息量通常比较大； ⑤调整参数、观察参数变化后的响应不够直观； ⑥ 容易造成技术上的秘密外泄。 2.5.4 仪表面板显示画面仪表面板显示画面以仪表面板组的形式显示其运行状况。仪表面板格式 通常由集散控制系统制造商提供。有些系统允许用户自定义格式。对不同类型的仪表（或功能模块）有不同的显示格式

 2.4  挤压机
    (1) 大推头动作 
   箱内污物达到预定高度(可调，调节光电传感器的垂直角度)，2个光电传感器反馈信号，大推头进(水平初压)。
    (2) 主压头动作 
   大推头进限位开关动作，主压头下(垂直高压)，下压8s钟后，延时15s钟进行次挤压污水;主压头继续下(垂直高压)，下限位开关动作，主压头停留15s钟进行第二次挤压污水。
    (3) 二循环或三循环动作 
   如果污物挤压得较松散，可选用“二循环”或“三循环”，挤压机对污物高压后，主压头和大推头复位，再把第二批或第三批污物与批一起挤压。
    (4) 小门动作 
    保压15s钟后，小门开(放料)，主压头上。
    (5) 推头动作 
    小门开限位和主压头上限位开关动作，小推头进将污物推至污物车。
    (6) 复位动作 
    小推头进限位开关动作，数秒钟后，小推头、主压头、小门、大推头按顺序复位。
    (7)挤压机过载时，压力继电器或热继电器动作，切断主电路，并做出挤压机油压或电流过载的声、光报警。
    (8)液压站采用双重油压安全保护，当污物初压或高压过程中遇到硬物卡住，压力继电器动作，切断主电路，并做出挤压机油压过载的声、光报警;若其失灵，则溢流阀动作，避免液压部件受损。     2.5  基本控制流程
    (1) 设备动作示意如图2所示。设备动作及信号反馈流程见图3和附表.

    3  控制对象及任务分析
    3.1  控制对象
   采用西门子S7-200西门子PLC主要控制水泵的4台电机、捞污机的8台电机、输送机的2台电机的开停和液压站的4个油缸的双向动作。
    其中包括:
    (1) 控制手动、半自动、全自动间歇和全自动水位差等四种运行方式。
    (2) 控制14台电机分别完成抽水、捞取污物、输送污物等动作。
    (3) 控制液压站电机完成复位、水平初压、垂直高压、放料、出料等动作。
    (4)控制设备的运行技术安全。即控制各运行方式的互锁保护;控制垂直方向与水平方向动作的互锁保护;控制水泵、捞污机、输送机和油泵的电流过载保护;控制捞污机的机械过载保护;控制液压站的油压过载保护。
    3.2  控制任务
    (1) 现手动方式控制，即手动独立完成上述9个基本动作。
    (2) 实现半自动方式控制，即自动完成上述基本动作1至动作9。
    (3)实现全自动间歇和全自动水位差方式控制，在间歇工作开或水位差≤50mm的状态下，即自动进行上述基本动作5至动作9的循环。
    4  硬件选型与配置设计
    4.1  主控系统选型与配置
     系统采用了西门子S7-200西门子PLC可编程控制器，使自控系统结构紧凑，执行指令快捷，可靠性提高。编程软件基于bbbbbbs平台。西门子PLC在清污设备中的应用，使修改控制参数、扩展控制功能等变得非常简便，避免了分立电气元件抗震性能差、误动作多、定位精度不高等弊端。设计中该系统的控制点数为116点，其中输入点数66点，输出点数50点，拟选用的PLC的控制点数为120点。实际选用的主要控制硬件有:西门子PLC选用西门子的中央处理单元CPU226CN一块(14入10出)、数字量扩展模块EM223二块(16入16出)、EM223一块(8入8出)、EM221二块(8入)，总输入点数70点，总输出点数50点，实际使用为66入50出，一般需要预留出5至10%的点数，考虑到成本问题，所有的按钮输入都采用点动方式，省去了不必要的输入点数，预留输入点数为5%，能够满足设计要求。
    4.2  前端传感变送器选型
    (1) 控制水位和水位差的反馈元件选用德国TU-RCK超声波传感器(型号Q45ULIU64BCR)。
    (2) 控制大推头、主压头、小门、小推头两端限位的元件选用行程开关。
    (3) 控制捞污机安全销过载的信号反馈元件选用霍尔式传感器。
    (3) 控制水泵、捞污机、输送机、液压站电机电流的元件选用热继电器。

概貌显示画面 概貌显示画面仅用于显示过程中各被测和被控变量的数值，它可以用值，也可以用与设定值的偏差，或者时间变化率表示。不同的控制系统， 可以有不同的方式显示过程的概貌。也有些控制系统没有设置概貌显示，但用户可以通过动态面面直接完成。 概貌显示画面的显示方式有多种，不同的控制系统提供的显示方式也不相同。简单的显示方式就是根据动态点画面制成的。根据字符大小、CRT 的分辨率、显示信息的大小和多少，可以确定一幅概貌显示画面能提供的信息量或操作点的数量。通常，由控制系统制造商提供标准显示画面格式的有 下列几种。（1）工位号一览表方式。这种显示方式按仪表的工位号列出，整幅显示 画面分为若干组，每组由若干工位号组成。正常值的工位号通常用绿色显示其工位号。当在正常值范围外时，工位号发生颜色的变化，如变成黄色或红 色，并显示其超限的报警点类型，如低限，负偏差等。这种方式仅定性地显示过程变量。 有些控制系统采用类似工位号一览表形式来实现概貌显示。其方法是把过程分为若干单元，在概貌显示画面上显示各个单元的名称，采用类似于动 态键的组态方法对各个单元框组态，则整个过程即可由调用相关单元框的单元过程画面来获得。 （2）棒图方式。棒图方式有两种显示方式。一种方式是对模拟量采用棒图显示其数值，棒图中数量的大小由棒的长度来反映，以满量程为 100％，棒的颜色在正常数值时显示绿色。当超过报警限值（低于低报警限或高于高 报警限）时，棒的颜色改变，常为红色。为了使概貌显示画面包含较多的信息，棒图显示方式仅提供仪表的工位号及棒的相对长度。对于开关量一般用 充满方块框表示开启泵、电机或者闭合电路等逻辑量为 1的信号，用空方块 框表示停止泵、电机或者电路断开等逻辑量为 0 的信号。对开关量除了提供 方块框外，也显示相应仪表的工位号。