可编程序控制器在雨水泵控制中应1.doc

基于PLC的雨水泵控制系统的设计一、 概述矸石热电厂厂区排水采用三台潜水泵，其电气控制采用继电器和交流接触器控制，所有控制元件安装在一只控制柜中，原电气控制系统设计非常不合理，在运行中该控制系统经常出现故障，造成厂区不能及时排水，特别是雨水季节，将会严重影响矸石热电厂的安全运行。为此，笔者认为，雨水泵的电气控制有必要进行技术改造。二、原电气控制系统原理说明和存在的问题 1、原电气控制系统原理说明如图1所示为原三台雨水泵电气控制原理图，控制分为自动控制和手动控制两部分，由控制柜面板上的转换开关切换，现以1#雨水泵为例说明其控制原理。（1） 自动控制当转换开关切换至自动位置时，雨水泵的启动和停止由安装在蓄水池中的高低水位浮球开关控制，水位高时，浮球开关35闭会，继电器KA3线圈得电，其常开触点闭合，如果潜水泵电机正常，既电机的上下部泄漏、水泵的轴温、水泵的整体温度等均处于正常状态，既KA4、KA5、KA8常闭无动作，KA6、KA7常开吸合，交流接触器KA1线圈得电，雨水泵启动；当水位低时，浮球开关36断开，继电器KA3线圈失电，交流接触器KA1线圈失电，交流接触器KA1线圈失电，雨水泵停止。（2） 手动控制 当转换开关切换至手动位置时，按启动按钮，如果潜水泵电机正常，无保护继电器动作，交流接触器KA1线圈得电，雨水泵启动。按停止按钮，交流接触器KA1线圈失电，交流接触器KA1线圈失电，雨水泵停止。 2、存在的主要问题 （1）电机保护回路存在的问题 由于雨水泵电机长期浸泡在水中，因此，电机设置了上下泄漏保护，防止电机绕组浸水绝缘下降烧坏电机绕组。电机还设置了泵的轴温高的保护、整泵温度高的保护和绝缘油进水保护。这些保护是通过继电器的常开或常闭触点串接在启动回路，触点因经常出现不通、接触不良等故障，造成无法启动泵。在检查故障时，需要一个一个测量触点的通断情况，排除故障非常麻烦。 （2）交流接触器主触点经常烧坏雨水泵的电机功率为55KW，原采用全压起动，在泵起动时起动电流达700A，由于泵起动较频繁，因此，交流接触器的主触点烧坏，有时甚至主触点烧牢而无法动作，造成泵无法停止导致烧坏泵的电机。三、方案的确定（1）控制部分方案确定众所周知，可编程控制器（PLC）是一种新型的通用控制装置，他将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、可靠性强、环境适应性好、编成简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。近年来，随着可编程控制器的日渐成熟，越来越多设备的控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制，并取得了很好的经济效益。因此，本方案选用可编程控制器作为三台雨水泵的电气控制。（2）起动方式确定针对雨水泵电机起动电流大的问题，本方案选用软启动对泵的电机进行起动，可以有效降低起动电流，减少大电流对电机的冲击，延长泵电机的寿命，防止交流接触器主触点经常烧坏。从减少投资角度出发，本方案采用一只软启动同时用于三台雨水泵的启动。四、电气控制原理综述电气控制分自动和手动两个部分，由转换开关控制，根据实际情况，平时不下大雨时，一台泵可以满足厂区的排水，因此，当用自动运行时只允许三台泵中的一台运行，其余二台可以手动启动作为备用。（1）手动控制手动控制要求通过启动按钮对泵进行起动控制，通过停止按钮或低水位浮球开关对泵进行停止控制。采用手动控制可以分别对三台泵启动，使三台泵同时运行。（2）自动控制自动控制要求通过高水位的浮球开关对泵进行起动，当水位低到一定时，低水位浮球开关对泵进行停止控制。五、电气控制原理设计（1）主回路设计主回路由六只交流接触器和一台软启动器组成，如图2所示。软启动器选用SFR-M系列电动机软起动器，其控制核心采用CPU单片机芯片，主电路采用三对反并联的可控硅组成相控形式，通过控制其导通角的大小，达到改变输出电压大小的目的，从而实现交流电动机的平滑起动。SFR-M软起动器具有以下特点：（A）独特的结构设计使软起动器的内部布局更为合理、简便，体积小巧，安装方便，易于集成到已有系统中； （B） 由于软起动器采用功率器件无级调压，所以电动机起动过程更为平滑，与传统的起动设备相比，避免了采用直接起动、Y/、自耦减压和磁控式等所到来的机械与电气冲击，而且SFR软起动器的初始力矩可根据负载情况进行调整，因而其负载的适应性更强，更适用于重载的起动，如泵类负载。 （C）软起动器的主控电路采用单片机技术，使得硬件电路结构简单，控制单元中的信号传输采用光电隔离，同时依靠强大的软件功能，实现了控制器的全数字化，受电源电压波动的影响很小。电路中采用了一系列抗干扰措施，即使在恶劣的电磁噪音环境中也可正常工作。在控制系统中引用了模糊控制理论，对起动过程进行限流、斜坡和限流+斜坡控制，避免了起动过程可能产生的共振现象； （D）控制器起动完成后，自动输出起动完成信号控制旁路接触器使电机投入电网，这样使可控硅的使用寿命得以延长，而且旁路接触器不带电流进行切换，所以其寿命就取决于其机械寿命，从而减少了设备的维护成本。 如图2所示为主回路电气原理图，在主回路中，QF1、QF2、QF3和QF4空气开关，KM1、KM3和KM5是起动1#、2#和3#雨水泵时的接触器，KM2、KM4和KM6是旁路接触器，FR1、FR2和FR3是热继电器，热继电器串在旁路接触器回路的目的是电动机起动电流不经过热继电器，防止热继电器误动作。 （2）控制系统设计 （A）PLC可编程控制器的硬件设计 PLC控制器选用FX64MR可编程序控制器，主机共有32个输入点和32个输出点。输入点和输出点分配表如表1所示。PLC可编程序控制器输入和输出接线如图3所示。表1输入信号输出信号名称代号输入点编号输出点编号代号名称1#泵手动和自动选择SA1X0Y01#泵启动按钮SB1X1Y1KM11#泵启动接触器1#泵停止按钮SB2X2Y2KM21#泵运行接触器1#泵热继电器保护FR1X3Y3KM32#泵启动接触器1#泵上部泄漏保护K11X4Y4KM42#泵运行接触器1#泵下部泄漏保护K12X5Y5KM53#泵启动接触器1#泵超温保护K13X6Y6KM63#泵运行接触器1#泵油水保护K14X7Y72#泵手动和自动选择SA2X10Y10KA1软启运器启动2#泵启动按钮SB3X11Y11KA2软启运器停止2#泵停止按钮SB4X12Y12HL0软启运器故障指示灯2#泵热继电器保护FR2X13Y13HL1高水位指示灯2#泵上部泄漏保护K21X14Y14HL2低水位指示灯2#泵下部泄漏保护K22X15Y152#泵超温保护K23X16Y162#泵油水保护K24X17Y173#泵手动和自动选择SA3X20Y20HL31#泵故障指示灯3#泵启动按钮SB5X21Y21HL42#泵故障指示灯3#泵停止按钮SB6X22Y22HL53#泵故障指示灯3#泵热继电器保护FR3X23Y23HL61#泵运行指示灯3#泵上部泄漏保护K31X24Y24HL72#泵运行指示灯3#泵下部泄漏保护K32X25Y25HL83#泵运行指示灯3#泵超温保护K33X26Y263#泵油水保护K34X27Y27高水位浮球节点K01X30低水位浮球节点K02X311#自动运行K03-1X322#自动运行K03-2X333#自动运行K03-3X34软启动器故障K04X35软启动器旁路启动K05X36X37（B）PLC可编程控制器的软件设计三台雨水泵控制的软件设计流如图4，控制程序的指令语句和编程说明如下：指令语句表 语句说明0 LD X030 语句04为 输入高水位信号和输入低水位信号，并和高1 OR M500 水位信号相与，满足启运条件后，输出启动高水位中间继电器2 AND X031 M500 ，并显示高水位信号；3 OUT M500 4 OUT Y0315 LDI X031 语句56为低水位指示；6 OUT Y04 7 LD M500 语句717为1#泵、2#泵和3#泵自动运行时的切换，在自8 MC N0 动位置时，只能允许一台泵运行。M501、M502和M503为自 M0 动运行时的中间继电器。11 LD X03212 OUT M501 13 LD X03314 OUT M50215 LD X03416 OUT M50317 MCR N018 LD X000 语句1826为每台泵手动和自动的切换。如当1#泵运行19 AND M501 时，X000输入信号，且M501有输出，中间继电器M504输出20 OUT M504 信号，1#泵自动运行条件满足。21 LD X01022 AND M50223 OUT M50524 LD X02025 AND M50326 OUT M50627 LD X004 语句2732为1#泵保护，当1#泵和软启动器发生故障28 OR X005 时，中间继电器M510输出，1#泵停止运行。29 ORI X00630 OR X00731 OR X03532 OUT M51033 LD X014 语句3338为2#泵保护，当2#泵和软启动器发生故障34 OR X015 时，中间继电器M511输出，2#泵停止运行。35 ORI X01636 OR X01737 OR X03538 OUT M51139 LD X024 语句3944为2#泵保护，当2#泵和软启动器发生故障40 OR X025 时，中间继电器M512输出，3#泵停止运行。41 ORI X02642 OR X02743 OR X03544 OUT M51245 LDI X003 语句4547为1#泵故障指示输出。46 OR M51047 OUT Y02048 LDI X01349 OR M51150 OUT Y021 语句4547为2#泵故障指示输出。51 LDI X02352 OR M51253 OUT Y022 语句4547为3#泵故障指示输出。54 LD X03555 OUT Y012 语句5455为软启动故障指示输出。56 LDI X00 语句5665为1#泵软启动，当泵无故障（M510无57 AND X001 输出）时，且2#泵和3#泵无启动和雨水池中不在低水位58 OR M504 时，允许泵启动。时间继电器T1的作用是当旁路接触器59 OR Y003 动作后，断开启动接触器。60 ANI Y00361 ANI Y00562 ANI M51063 ANI T164 AND X03165 OUT Y00166 LDI X010 语句6673为1#泵软启动，当泵无故障（M511无67 AND X011 输出）时，且1#泵和5#泵无启动和雨水池中不在低水位66 OR M505 时，允许泵启动。时间继电器T2的作用是当旁路接触器67 OR Y003 动作后，断开启动接触器。68 ANI Y00169 ANI Y00570 ANI M51171 ANI T272 AND X03173 OUT Y00374 LDI X020 语句7483为1#泵软启动，当泵无故障（M512无75 AND X02176 OR M506 输出）时，且1#泵和3#泵无启动和雨水池中不在低水位77 OR Y005 时，允许泵启动。时间继电器T3的作用是当旁路接触器78 ANI Y001 动作后，断开启动接触器。79 ANI Y00380 ANI M51281 ANI T382 AND X03183 OUT Y00584 LD X036 语句8493为1#泵旁路接触器切换控制，当软启动器85 AND Y001 发出切换命令后，如果泵无故障（无过流和M510无输出），86 OR Y002 且低水位浮球处于漂浮状态，运行接触器吸合，泵运行。87 AND X031 同时，启动时间继电器和输出1#泵运行指示信号。时间继88 ANI M510 电器T1启动1S后，接触器KM1线圈断电，软启动器退89 AND X002 出工作状态。90 AND X00391 OUT Y00292 OUT T1 K1093 OUT Y02394 LD X036 语句94103为2#泵旁路接触器切换控制，当软启动器95 AND Y003 发出切换命令后，如果泵无故障（无过流和M511无输出），96 OR Y004 且低水位浮球处于漂浮状态，运行接触器吸合，泵运行。97 AND X031 同时，启动时间继电器和输出2#泵运行指示信号。时间继98 ANI M511 电器T2启动1S后，接触器KM3线圈断电，软启动器退出99 AND X012 工作状态。100 AND X013101 OUT Y004102 OUT T2 K10103 OUT Y024104 LD X036 语句104113为3#泵旁路接触器切换控制，当软启动器105 AND Y005 发出切换命令后，如果泵无故障（无过流和M512无输出），106 OR Y005 且低水位浮球处于漂浮状态，运行接触器吸合，泵运行。107 AND X031 同时，启动时间继电器和输出3#泵运行指示信号。时间继108 ANI M512 电器T3启动1S后，接触器KM5线圈断电，软启动器退出109 AND X022 工作状态。110 AND X023111 OUT Y005112 OUT T3 K10113 OUT Y025114 END六、PLC使用中应注意的问题PLC