基于PLC的集中控制系統(tǒng)

1 引言

據(jù)我了解雖然我國各城市較早的建立了排污系統(tǒng)，但管理也比較落后原始，每個泵站還由人工管理;隨著城市的不斷擴大，污水池不斷相應(yīng)增加，由于污水池零星分布在整個市區(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擔，提高企業(yè)效益，必須從原來的人工管理改造為計算機遠程自動化管理，建立網(wǎng)絡(luò)管理體系是一個必然趨勢。

2 系統(tǒng)設(shè)計思想

采用分級分布式計算機控制系統(tǒng)，對工藝過程進行集中管理、分散控制。其總體設(shè)計思想是：利用電信的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN作為整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，做到不管有多少個泵站和多少個水池，距離有多遠，所有的控制和看管工作均由PLC和計算機遠程自動完成。并且實現(xiàn)了客戶端之間的無關(guān)性，可實現(xiàn)多客戶端操作，使客戶端機器協(xié)調(diào)工作，提高整個排污系統(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)濟效益和社會效益。同時提供多級容錯機制，保證系統(tǒng)能夠安全順暢地運行。

圖1泵站網(wǎng)絡(luò)示意圖

3 控制系統(tǒng)簡介

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

圖2 系統(tǒng)方案示意圖4 具體設(shè)計與實現(xiàn)

根據(jù)工藝流程、控制點及現(xiàn)場設(shè)備的安裝地理環(huán)境，我們采用先進的管理控制技術(shù)，系統(tǒng)分為控制層、監(jiān)控層、管理層三層進行監(jiān)測和控制。

(1)控制層用可編程控制器作為底層控制中心分別對排污設(shè)備、監(jiān)測點進行控制、監(jiān)測，采集信息，控制設(shè)備運行。

PLC(Programmable Logical Controller)全稱為可編程邏輯控制器，簡稱可編程控制器。它以微型計算機為核心的工業(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、可靠性高、適應(yīng)性好以及模塊化結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。把個人計算機連入PLC網(wǎng)絡(luò)可以向用戶提供諸如工藝流程圖顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、報表編制、趨勢圖生成、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完成對現(xiàn)場開/關(guān)量、模擬輸入/輸出量的控制處理，而利用微型計算機良好的人機對話界面和數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)對一臺或多臺PLC進行監(jiān)控，充分發(fā)揮PLC可靠、靈活的控制性能和計算機在管理、監(jiān)控等方面。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC不僅能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器實現(xiàn)邏輯控制，而且已發(fā)展成為集各種控制、運算、通信為一體的功能強大的控制器。由于其編程簡單、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)控層在泵房內(nèi)設(shè)控制室，帶有視頻監(jiān)控，主要監(jiān)控整個泵房內(nèi)格柵機和每臺泵的運行狀態(tài)，各種機柜的電流電壓度表與計算機顯示是否一致，監(jiān)控處理過程由PLC的模擬輸入模塊進行數(shù)據(jù)采集，并將有關(guān)水泵的運行狀況及有關(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)場各儀器及儀表。

(3)管理層主要在污水處理廠遠程監(jiān)控中心完成，所有采集的數(shù)據(jù)通過虛擬局域網(wǎng)遠程通信傳輸?shù)奖O(jiān)控層桌面?zhèn)€人計算機，而桌面?zhèn)€人計算機又通過RS232通信模塊發(fā)送控制命令給PLC，完成水泵的啟動和停止控制?？倲堈麄€系統(tǒng)的運行情況。系統(tǒng)同時還充分考慮了在特殊情況下的現(xiàn)場手動控制以保證排水系統(tǒng)的流暢運行并有效地保護設(shè)備。對水泵耗電量用電流、電壓、時間來計算。當出現(xiàn)停電情況時，PLC將記憶檢測的數(shù)據(jù)，桌面?zhèn)€人計算機將記憶設(shè)置狀態(tài)。當出現(xiàn)故障時，個人計算機進行報警，同時記憶相應(yīng)的狀態(tài)，使其在脫機狀態(tài)下，整個系統(tǒng)獨立運轉(zhuǎn)。在個人計算機端，軟件具有狀態(tài)設(shè)置、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)存貯、報表打印功能。

實際上整個控制系統(tǒng)可以在任何地點控制如：控制室，辦公室均可，整個系統(tǒng)可以非常強勁的工作，采用了很多錯誤處理。系統(tǒng)的擴展性很強，不管有多少個泵和多少個水池，距離有多遠，所有的看管工作均由計算機遠程自動完成。系統(tǒng)能記錄設(shè)備的運行的原始數(shù)據(jù)，并做出信息處理，給出各種報表和運行曲線圖，能實時了解全部系統(tǒng)的運行情況。

系統(tǒng)運行流程圖如下：

圖3系統(tǒng)運行流程圖

5 結(jié)論

本文所研究的城市污水進行集中控制系統(tǒng)，主體控制部分采用可編程序控制器、一些傳感器和計算機，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)場投入應(yīng)用表明，穩(wěn)定可靠，自動化程度高，為桂林市排水公司帶來了很大的經(jīng)濟效益，正在往社會推廣。

關(guān)鍵詞： 控制系統(tǒng)