西門子S7-200在多臺潛水泵自動控制系統(tǒng)的應用
1 引言
化工廠、電子廠的漂染沖洗液或電鍍沖洗液等工業(yè)廢水為合乎排放要求，必須經(jīng)過分離、沉淀等多級處理，使用污水潛水泵對此工業(yè)污水進行提升、匯集、調(diào)節(jié)等處理。PLC因其經(jīng)濟性、靈活性可靠性而得到廣泛的應用，PLC的軟件可以完成以往傳統(tǒng)的接觸器繼電器式控制無法實現(xiàn)的控制功能，而且程序的編制修改靈活方便。西門子S7-200系列PLC因結構緊湊，編程簡單方便、指令豐富、功能齊全而得到廣大工程技術人員的喜愛，廣泛應用于各種中小型自動控制系統(tǒng)之中。
2 系統(tǒng)控制要求
系統(tǒng)要求控制5臺45kW的潛水污水泵輪換工作，并且具有故障自投、互為備用功能，以保證某臺水泵出現(xiàn)故障時，其它水泵能及時投入使用。水泵的啟停液位控制器使用浮球控制器5個，分為五級水位控制，每個浮球的高水位作為啟泵信號使用，低水位作為停泵信號使用。
3 系統(tǒng)設計
系統(tǒng)設計分為手動及自動控制系統(tǒng)兩部分，手動控制系統(tǒng)作為一種應急控制而存在，自動控制系統(tǒng)使用PLC實現(xiàn)。
3.1 自動控制系統(tǒng)設計思路
為實現(xiàn)多臺水泵的輪換啟停及故障自投功能，一個可行的設計方法是使用西門子S7-200系列微型PLC(CPU224)的入表指令(ATT)及先入先出指令(FIFO)，將5臺水泵作為一個隊列，當水泵運行或故障時出列，水泵故障排除或低水位停止時入列。例如，隊列中原來水泵的啟動工作順序為12345循環(huán)啟動，當3#泵故障時出列，水泵的啟動次序為1245循環(huán)啟動，當3#泵修復正常后，水泵的工作次序為12453循環(huán)啟動，如此類推， 如圖1所示。因此，我們將正常無故障的水泵作為一個備用泵隊列，將正在運行的水泵作為運行泵隊列，通過隊列中水泵的出入來實現(xiàn)水泵電機的循環(huán)啟動功能。
圖1 水泵的啟動次序
3.2 軟件設計特點
本控制系統(tǒng)中，5臺水泵的熱繼電器故障輸入及5個高水位信號輸入共10個輸入點，5個啟動水泵及一個報警輸出點共6個輸出點，西門子CPU224具有12個輸入點，10個輸出點，已滿足使用要求。
(1) 啟動信號:1#～5#高水位脈沖信號，共用信號，水泵啟動時代表水泵的隊列編號(1#～5#)從備用泵隊列中出列，同時此編號入運行泵隊列。
(2) 停止信號:1#～5#低水位脈沖信號，共用信號，此時水泵編號的轉移從運行泵隊列移至備用泵隊列
l 入列(入先進先出隊列):當高水位脈沖信號到達時，使用填表指令(ATT)入表;
l 出列(出先進先出隊列):當?shù)退幻}沖信號到達時，使用先進先出指令(FIFO)出列。
(3) 故障出列:包括水泵運行或停止時出現(xiàn)故障時的出列，故障泵自動退出運行，并把下一臺未運行的正常泵作為備用泵，隨時等待啟動信號。
故障定義:空氣開關跳閘的輸出信號、電機熱繼電器過載。
(4) PLC的程序設計流程圖
圖2示出PLC程序流程圖。
圖2 PLC程序流程圖
西門子PLC具有良好的編程界面，對于S7-200的編程軟件STEP7 Micro WIN，各子程序及主程序是在編寫時獨立分開的，各個子程序可以定義為完成各種單獨功能的子程序，以主程序調(diào)用各個子程序，各子程序之間可以互為調(diào)用。在本系統(tǒng)設計中，各子程序的功能定義及分配如下:
l SBR0:初始化子程序;
l SBR1:備用泵初始入列處理子程序;
l SBR2:故障出入列處理子程序;
l SBR3:隊列移位處理子程序;
l SBR4:啟停泵處理子程序;
l SBR5:定時輪換處理子程序。
以1#泵出現(xiàn)故障為例，在SBR2子程序中，水泵故障及修復后出入隊列的部分程序如圖3，其中，參數(shù)IN1傳遞的為水泵備用隊列編號，參數(shù)IN2傳遞的為水泵運行隊列編號。
圖3 子程序SBR2
(5) 軟件編寫時應該考慮的問題
l 為防止水面波動引起浮球誤動作，增加延時2s判斷;
l 浮球故障引起的上下水位信號中有兩個或以上信號同時或短時間內(nèi)接通，此時只接收一個信號，同時由PLC輸出報警，以便檢查故障;
l 因水泵啟動方式為Y/△啟動，要求電機完全啟動(即Y/△啟動轉換完畢)后第一水泵后才能啟動下一臺水泵，同時，為了減少電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊，都不允許兩臺泵在短時間內(nèi)相繼啟動，因此，需要對啟動兩臺水泵之間增加一個延時判斷，即如果在接收一個啟泵信號之后的一定時間內(nèi)不能再接收第二個啟泵信號;
l 水泵的定時輪換工作。
4 結束語
本文介紹了多臺電機的輪換控制的一種實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)由于采用西門子S7-200 PLC實現(xiàn)多臺電機的輪換工作及故障自動切換，使水泵工作時間均等，水泵電機壽命延長。由于該系統(tǒng)設計合理，自投入運行以來一直正常。
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