取水泵站自动控制系统的研究

取水泵站自动控制系统的研究

在大型制造企业的给排水工程中，选择合适的取水点和取水方案对整个系统工程的支持非常重要。合理设计采井站管理制度，选择高质量、稳定的监控设备是关键。合理的设计和选型既能满足生产、生活的需要,又能体现经济节能的要求。本文介绍了国内某大型氧化铝厂给排水工程中取水泵站的自动控制系统。1按取水主泵设计分根据生产需要,该氧化铝厂选址于江边,因此设计时选用的是岸边式取水泵站,直接利用潜水水泵从江中取水,首级取水扬程为50m,日取水量根据该氧化铝厂的设计年产能确定。取水泵站控制系统关系到全厂给排水系统。为保证系统运行的可靠性、稳定性、可控性和经济性,根据本级取水扬程、日取水流量及距二级泵站的距离等设计条件,本着经济节能的原则,该取水泵站配有3台10kV的高压电动机和1台690V的变频电动机作为取水主泵。其中变频电动机作为调节总流量的主泵,根据生产水量的要求灵活使用,调整输送水量,达到最大的经济合理性。另配有相关辅助水泵,完成如输水管道清洗、进水室、吸水室清洗等相关辅助功能。相比全厂其他生产系统,取水泵站位于较偏远处,而且高压电动机和变频电动机的实时状态监控对于系统的安全和稳定十分重要。综合以上2点,在对控制系统进行设计的时候,对关键设备设计了远程控制和就地控制2种控制模式,同时现场实时的控制数据将通过工业以太网通信方式及数据服务器采集和存储,集中传输到主监控室,通过操作员操作上位IPC(工控机)组态、界面对数据进行实时监控和处理,并实现对现场设备的远程控制。2现场控制要求和工艺控制方案2.1现场控制方式根据生产实际需要,采用就地和监控室远程操作设备,并将现场设备工作情况的数据采集存入监控系统,进行人工或智能闭环控制。根据现场设备特点和工作方式,控制方式分为远程控制和就地控制2种,其中远程控制又分为远程单机控制和远程程序控制组控制。就地控制是指操作人员在生产现场根据生产的要求和生产经验,人工单机控制设备。远程控制是指操作人员在远程控制室内通过上位机画面对现场设备进行操作,既可以单机控制,也可以投入程序控制,根据PLC程序来自动控制设备。2.2电动出口阀和电动x取水泵站共有4套设备,其中3套设备包括1台高压泵、1个电动进口阀、1个电动出口阀和1个电动止回阀。1套设备包括1台变频泵、1个电动进口阀和1个电动出口阀、1个电动止回阀。4台泵对应4个吸水室,吸水后通过2条主输水管送入二级泵站。在2条主输水管上装有卸压阀,目的在于防止水锤效应。设计控制逻辑主要考虑如下。1自动控制过程设备组的初始化信号是进口阀全开(开到位),止回阀和出口阀全关(关到位)。当PLC收到阀门的反馈信号后,系统初始化成功;否则,初始化失败。系统初始化成功后,根据设备厂家提供的各设备整定值,预定设备组自动控制过程总时间90s,其中根据其机电时间常数整定高压泵控制时间,达到稳态时间为8～10s,在高压泵启动2s后,启动出口阀和止回阀。出口阀完全打开大约需要50s,止回阀完全打开大约需要10s。控制同时判断总出口阀所处的状态,若总出口阀为全关状态,则自动开启总出口阀;当总出口阀、出口阀、止回阀都不处于全关的状态时,系统组自动控制成功,否则失败,停泵。2高压管路位信号启动控制在自动取水设备运行过程中,为了减小高压泵的启动负荷,减小启动电流对电网系统的冲击,要求高压电动机闭、出口阀软启动。启动使用高压断路器位信号,可以选择程控启动和单机手操启动。在设备运行中,通过对其自身相关参数,如定子温度、驱动端轴承温度、非驱动端轴承温度和电动机电流等进行监控,也对电动机工作环境如水位高度等进行监控。利用传感器输入这些模拟量,并与设定好的计算值进行比较,来判断电动机是否处于正常运行环境,保证设备运行稳定和状态可控。3高压电机滤波器止回阀作为保护高压泵的关键设备,需要设计止回阀和高压泵的联锁控制。在设计联锁时,使用高压电动机断路器分闸位信号和止回阀的位置信号联锁。高压电动机断路器分闸位信号消失,并且止回阀没有完全打开时,延时止回阀开启;高压电动机断路器处于分闸位,并且止回阀没有完全关闭时,延时止回阀关闭。变频泵则根据其启停信号与止回阀联锁。4安全联锁和保护联锁在设计时,采用了启动联锁、安全联锁、保护联锁和操作联锁来确保程控启动正常有效。启动联锁在系统程控运行期间出现突发情况时,允许现场操作员将系统置位于旁路控制,屏蔽程控并手操设备排除险情,正常情况下启动联锁置位。安全联锁用来对设备间的启停关系进行保护,以保证系统中所有设备正常有效的工作。当安全联锁置位后,说明系统的机械动作中不存在干涉问题,可以正常启动设备;否则要初始化系统再程控启动。保护联锁用来对关键设备进行保护,在取水泵站的控制系统中,高压电动机属于关键设备,因此对高压电动机设计保护联锁是很有必要的。操作联锁用来确定关键设备在启动前相关保护设备是否正常启动,在取水泵站的控制系统中,启动高压电动机远控前,要确定就地箱是否处于远控位,并且电动机保护器是否正常供电。3监控设备的功能系统的监控界面主要由几部分组成:各设备的运行情况监控,系统中管道压力等参数的实时数据,高压电动机的实时监控数据(电流、温度等),各个设备的手操控制、报警记录和历史趋势图等。可实现如下功能。1)手动控制:实现一些特殊的工作模式。2)系统正常运行监控、非正常运行监控:系统所有设备工作状态和参数监控。3)设备动力控制:在监控界面上对现场设备的供电或断电进行控制。4)历史趋势显示:对参数的历史趋势进行监控。5)数据记录:对所有工作站操作过程进行记录,为处理违规操作提供依据。6)报警查询:对系统的运行报警历史进行记录,确保系统安全运行。4控制系统设计基于以上工艺方案的要求,本项目选择采用ALLEN-BRADLEYSLC5/05可编程控制器,对取水泵站进行现场自动化控制和RSView软件组态监控界面控制,并利用ABPLC和RSView支持OPC协议的优点,实现了取水泵站的数据全厂级共享和全厂级信息化的统一生产调度。ALLEN-BRADLEYSLC5/05是美国罗克韦尔公司生产的小型的、基于机架的、模块化的可编程控制器和输入、输出模块,主要特点是。1以太网接口利用内置的以太网接口及SLC5/05内置集成的以太网接口,可以方便地访问HTML格式的监控界面,监控生产数据,进行数据获取、超级监控、程序管理、统计质量控制、生产调度和材料跟踪等全厂级信息化操作。2些“智能”设备ControlNet扫描器模块允许通过一根电缆连接到一些“智能”设备。在本项目中利用ControlNet直接连接了液位检测的雷达、主输水管道的流量计和清洗管道水泵的压力变送器等测量设备,大大减少了电缆的敷设成本。3数字量/块传输为SLC500增加一个远程输入、输出扫描器模块或者一个适配器模块,可以支持数字量或块传输选项。容易在远程输入、输出网络上访问驱动设备、人机界面、第三方产品以及众多的远程输入、输出兼容性产品。此外,远程输入、输出链接简化了人机界面如PanelView的应用程序上传与下载。4支持服务器协议并支持数据安全协议4.1块与上位机通信根据现场要求和通信方式要求,选用支持RS232和Ethernet通信方式的SLC5/05PLC模块,PLC模块与上位机采用Ethernet通信方式,通过工业以太网交换机进行通信。配置1746-NO4模拟量输出模块1块、1746-NI8模拟量输入模块5块、1746-OB1624VDC数字量输出模块3块和1746-IB1624VDC数字量输入模块8块,根据配置模块总数选择10槽机架2个,2个机架之间采用1747-C9连接电缆进行通信。4.2软件部分的组成1组态硬件设计主要包括以下几个步骤。a.根据工艺设计控制方案。b.组态硬件。c.点表编辑和导入。d.输入梯形图逻辑,离线编程,可在写入程序过程中随时建立变量。e.模拟量的转换。f.建立I/O映射表。2监控系统的优点主要包括以下几个方面。a.根据现场设备编辑画面。b.导入点表。c.建立HMIServerd.建立DataServer/OPCServer。监控系统具有以下优点。1)通过HMI可以监视整个取水泵站的运行状态,极大地整合了设备操作,提高了设备的运行稳定性。2)通过对设备各项参数的监控,最大程度地避免了设备非正常损耗,提高了设备寿命。3)提高了整个系统的利用率,最大程度地节省了人工成本。4)可对整个运输系统实现自动化控制,如果碰到突发事件或有紧急任务,可以随时手动控制,实现人工调度