【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 求 城市排水監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成當(dāng)今，各個(gè)城市的發(fā)展情況不同，所用的城市排水系統(tǒng)也截然不同，傳統(tǒng)的繼電器控制和先進(jìn)的PLC控制都有運(yùn)用到。而根據(jù)本設(shè)計(jì)的城市排水泵站監(jiān)控的工藝特點(diǎn)和要求，主要采用了采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)是基于西門子PLC的城市排水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其中PLC、WINCC以及實(shí)際設(shè)備是主要組成部分。圖31為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在本設(shè)計(jì)中，PLC是核心器件，它起著主導(dǎo)作用，PLC主要控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)作，并且及時(shí)的把信息發(fā)送到工作站操作操作設(shè)備上和WINCC監(jiān)控站監(jiān)控畫面中去，在設(shè)計(jì)中，比如水位的檢測(cè)、指示燈的顯示、開(kāi)關(guān)按鈕起停信號(hào)、水泵起?？刂疲^電器的閉合與斷開(kāi)、電磁閥的通斷和變頻器運(yùn)行頻率等等。WINCC監(jiān)控系統(tǒng)主要是起到將PLC輸送過(guò)來(lái)的信號(hào)數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控畫面內(nèi)，以便工作人員得到現(xiàn)場(chǎng)的第一時(shí)間內(nèi)所有數(shù)據(jù)信號(hào)，比如指示燈的亮滅、閥門的開(kāi)關(guān)，液位的數(shù)值顯示以及水泵的運(yùn)行狀態(tài)等等，WINCC在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常運(yùn)作的同時(shí)，他還能向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送一些數(shù)據(jù)信號(hào)，比如控制按鈕開(kāi)關(guān)和閥門的打開(kāi)或閉合等等。在WINCC監(jiān)控軟件內(nèi)，我們可以清楚的看到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作情況，而且也可以發(fā)送數(shù)據(jù)到PLC緊急停止控制設(shè)備，起到保護(hù)作用。 城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)控制要求 本次設(shè)計(jì)基于西門子PLC和WINCC仿真，用模擬傳感器和模擬開(kāi)關(guān)等外部設(shè)備將城市排水監(jiān)控過(guò)程中的信號(hào)處理后送到處理器將其處理，由PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行來(lái)完成城市排水泵站監(jiān)控控制系統(tǒng)的自動(dòng)化高效運(yùn)作、準(zhǔn)確的操作。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)是全自動(dòng)控制的，啟動(dòng)WINCC仿真運(yùn)行后，只要啟動(dòng)開(kāi)始按鈕，PLC將通過(guò)step7軟件所編寫的相應(yīng)程序?qū)Τ鞘邢滤琅潘^(guò)程進(jìn)行控制，通過(guò)輸出繼電器的動(dòng)作來(lái)控制水泵的起停和管道閥門關(guān)和開(kāi)的監(jiān)控，指示燈的亮滅來(lái)實(shí)現(xiàn)完成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，并且通過(guò)模擬量模塊的模擬采集模擬信號(hào)，對(duì)所有水灌水位的監(jiān)控和下水管道暢通情況。本設(shè)計(jì)基于西門子S7300和WINCC，大概控制要求如下： （1）當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，運(yùn)行指示等亮起，在WINCC仿真監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)立了雨水集水、工業(yè)排放廢水集水和生活廢水集水，并且在三種水排入集水池前設(shè)立了三個(gè)對(duì)應(yīng)的管道堵塞控制閥門，一旦模擬管道堵塞，控制閥門立即關(guān)閉，并且報(bào)警提示工作人員，對(duì)應(yīng)管道內(nèi)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，提示處理。 （2）在2個(gè)集水池的進(jìn)水灌設(shè)立2個(gè)緊急進(jìn)水閥，此閥門的作用是當(dāng)集水池A或B的水位過(guò)高，即將滿出，緊急關(guān)閉，而另一個(gè)集水池B或A閥門打開(kāi)進(jìn)水，緩解下水道的水位。 （3）每個(gè)集水池都配備2個(gè)排水泵，一個(gè)運(yùn)行，一個(gè)備用，以防水泵出現(xiàn)故障，卻不能及時(shí)排水，并且在監(jiān)控畫面內(nèi)監(jiān)控到水泵的運(yùn)行頻率，排水泵的運(yùn)行頻率是根據(jù)集水池的水位來(lái)控制的。集水池中，到了一定水位，集水池排水泵才運(yùn)行，并且定時(shí)停機(jī)。在排水泵出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控畫面內(nèi)的報(bào)警指示燈會(huì)亮起，提示工作人員排水泵出現(xiàn)故障。 （4）在總水池排水過(guò)程中，設(shè)置了3個(gè)排水泵，而3個(gè)排水泵對(duì)應(yīng)的排水泵。其中一號(hào)總池排水泵和二號(hào)總池排水泵是相互切換運(yùn)行的，而總池緊急排水泵是根據(jù)總池水位來(lái)啟動(dòng)和停止的。 （5）在總集水池的水位低于一定水位時(shí)，三個(gè)排水泵都不運(yùn)行，當(dāng)水位高于低水位界線時(shí)，一號(hào)總池排水泵自動(dòng)啟動(dòng)，并且運(yùn)行一定時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)停止降溫冷卻，切換到二號(hào)總池排水泵自動(dòng)啟動(dòng)，并且也運(yùn)行一定時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)停止降溫冷卻，又切換到一號(hào)總池排水泵自動(dòng)啟動(dòng)，只要總集水池的水位不低于低水位接線，一號(hào)總池集水泵和二號(hào)總池集水泵循環(huán)切換運(yùn)行。 （6）當(dāng)總集水池水位高于高水位界線時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警燈報(bào)警提示工作人員，總集水池水位過(guò)高，并且系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送信號(hào)啟動(dòng)總池緊急排水泵，直到水位降到安全水位線時(shí)，緊急排水泵自動(dòng)停止，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。根據(jù)以上控制要求，設(shè)計(jì)出一套完整的城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)示意圖，如下圖32示意圖所示。 圖32城市排水系統(tǒng)示意圖 城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)流程圖在城市排水泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，根據(jù)設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)出排水泵站運(yùn)行的流程。在城市排水系統(tǒng)中，首先啟動(dòng)WINCC仿真和step7程序仿真時(shí)，仿真PLC會(huì)先復(fù)位各個(gè)水池水位、閥門的關(guān)閉、水泵的停止以及指示燈的復(fù)位等等，下圖33為城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)位初始化流程圖。圖33 系統(tǒng)復(fù)位在城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)復(fù)位后，可以模擬選擇按下雨水、工業(yè)廢水和生活廢水的模擬按鈕，當(dāng)按下雨水按鈕后，PLC會(huì)進(jìn)入判斷，先檢測(cè)管道是否堵塞，如果沒(méi)有出現(xiàn)堵塞，那么打開(kāi)進(jìn)水閥，向集水池進(jìn)水，同樣，模擬工業(yè)廢水按鈕和模擬生活廢水按鈕按下，也先判斷是否堵塞，如果沒(méi)有堵塞，就打開(kāi)進(jìn)水閥，向集水池進(jìn)水。在WINCC監(jiān)控畫面內(nèi)設(shè)置了三個(gè)管道堵塞按鈕，一旦按下其中一個(gè)模擬堵塞按鈕，那么，PLC發(fā)送信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警，然后對(duì)應(yīng)的管道的控制閥關(guān)閉，防止堵塞物進(jìn)入集水池，直到復(fù)位模擬堵塞按鈕，對(duì)應(yīng)的管道才進(jìn)入正常流水工作，對(duì)應(yīng)的管道控制閥打開(kāi)，以上控制要求的流程圖如下圖34所示。 圖34 模擬進(jìn)水流程圖當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行工作時(shí)，先打開(kāi)A池進(jìn)水閥和啟動(dòng)A池排水泵，然后檢測(cè)A區(qū)集水池水位是否過(guò)高，當(dāng)A區(qū)集水池水位沒(méi)有達(dá)到臨界時(shí)，A池進(jìn)水閥和A池排水泵正常運(yùn)行，直到檢測(cè)到水位低于下限值時(shí)，A池進(jìn)水閥還是打開(kāi)，A池排水泵關(guān)閉，如果檢測(cè)到A池水位過(guò)高，高于臨界值時(shí)，那么PLC立即發(fā)送信號(hào)關(guān)閉A池進(jìn)水閥，并且一直運(yùn)行A池排水泵，直到A池水位低于下限值，才關(guān)閉A池排水泵。以上控制要求的流程步驟如下圖35所示。圖35A集水池進(jìn)水程圖當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控到A池水位高于上限值時(shí)，A池進(jìn)水閥被強(qiáng)制關(guān)閉，B池進(jìn)水閥打開(kāi)進(jìn)水，B池排水泵也隨之啟動(dòng)，只要B集水池水位沒(méi)有高于上限值，那么B池進(jìn)水閥就一直開(kāi)著，B池排水泵也一直運(yùn)行著，當(dāng)檢測(cè)到水位低于下限值時(shí)，B池排水泵停止，當(dāng)檢測(cè)到B集水池水位高于上限值時(shí)，PLC發(fā)出信號(hào)立即關(guān)閉B池進(jìn)水閥，并且打開(kāi)A池進(jìn)水閥，然后B池排水泵繼續(xù)運(yùn)行，一直到B池水位低于B池水位下限值為止，AB池的工作流程是循環(huán)運(yùn)行的，從而保證下水道水位在控制范圍內(nèi)，防止城市出現(xiàn)洪澇，以上控制要求流程步驟如下圖B池進(jìn)水控制流程圖36所示。圖36 B池進(jìn)水控制流程圖當(dāng)PLC檢測(cè)到總集水池的水位沒(méi)有高于上限值時(shí)，總池進(jìn)水閥就一直打開(kāi)，反之，總池進(jìn)水閥關(guān)閉。當(dāng)總池開(kāi)始進(jìn)水后，水池水位液位計(jì)檢測(cè)到水池水位到達(dá)一定值時(shí)，一號(hào)總池排水泵啟動(dòng)，并且只要水位高于一定值期間，PLC就會(huì)定時(shí)T1一定時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間一到，PLC立即發(fā)送停止信號(hào)給一號(hào)總池排水泵，讓其冷卻，并且啟動(dòng)二號(hào)總池排水泵，同樣PLC定時(shí)相同時(shí)間T2,當(dāng)定時(shí)時(shí)間一到，PLC立即發(fā)送停止信號(hào)給二號(hào)總池排水泵，讓其冷卻，并且啟動(dòng)一號(hào)總池排水泵進(jìn)行排水，兩者一直循環(huán)運(yùn)行，知道水位低于下限值時(shí)，總池排水泵停止。在總池排水期間，總池水位快要到達(dá)臨界值時(shí)，PLC立即啟動(dòng)報(bào)警，并且強(qiáng)行啟動(dòng)總池緊急排水泵，進(jìn)行緊急排水，一直到水位低于一定值時(shí)，緊急事件才被停止。以上為總池排水環(huán)節(jié)，根據(jù)以上總池排水控制要求，畫出總池排水控制流程圖如下圖37所示。圖37 總池排水控制流程圖 在城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)中，大致設(shè)置了三個(gè)報(bào)警，有管道堵塞模擬報(bào)警，排水泵模擬故障報(bào)警，以及總水池水位過(guò)高啟動(dòng)緊急排水泵報(bào)警。只要檢測(cè)到管道出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，PLC會(huì)把報(bào)警事件發(fā)送到wincc監(jiān)控上去，當(dāng)集水池排水泵啟動(dòng)運(yùn)行期間，只要檢測(cè)到故障信號(hào)，水泵故障報(bào)警指示燈就亮起，當(dāng)檢測(cè)到總水池水位過(guò)高，PLC強(qiáng)行啟動(dòng)總池緊急排水泵時(shí)，緊急報(bào)警指示燈亮起，知道總池水位低于一定值，總池緊急排水泵停止，報(bào)警燈才熄滅。至于報(bào)警事件流程圖如下圖38所示。圖37 回流池流程圖4城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置 PLC簡(jiǎn)介及選型可編程序邏輯控制器（PLC）是專門為了工業(yè)自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的，它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的系統(tǒng)。它通過(guò)可編程的存儲(chǔ)器在它的內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行順序控制、邏輯運(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等操作指令，并且利用數(shù)字量和模擬量的輸入與輸出來(lái)控制多種生產(chǎn)過(guò)程。 PLC有很多的品牌和型號(hào)，它們的功能、編程手段以及價(jià)格等許多方面都有著多多少少的不同。所以如何選PLC也是我們需要考慮的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)的城市排水泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是建立在PLC的基礎(chǔ)上的，首先我們要把整個(gè)系統(tǒng)所需要的輸入/輸出量確定下來(lái)，以便完成對(duì)PLC的I/O口的分配。 因此，I/O點(diǎn)數(shù)的確定，是設(shè)計(jì)整個(gè)城市排水監(jiān)控系統(tǒng)首先需要解決的問(wèn)題，它不僅決定著系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，也是編寫系統(tǒng)程序和上位機(jī)畫面組態(tài)的必要前提。因?yàn)樵趯W(xué)校學(xué)的都是西門子公司生產(chǎn)的PLC，所以筆者就選擇了西門子s7300型號(hào)的PLC作為本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)需要3個(gè)模擬量輸入，10個(gè)數(shù)字量輸入以及16個(gè)數(shù)字量輸出，在配置的時(shí)候，是需要一定的余量的，如下圖41所示。圖41 PL