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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(jí)處理，使用污水潛水泵對(duì)此工業(yè)污水進(jìn)行提升、匯集、調(diào)節(jié)等處理。PLC因其經(jīng)濟(jì)性、靈活性可靠性而得到廣泛的應(yīng)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(shí)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(jié)構(gòu)緊湊，編程簡(jiǎn)單方便、指令豐富、功能齊全而得到廣大工程技術(shù)人員的喜愛，廣泛應(yīng)用于各種中小型自動(dòng)控制系統(tǒng)之中。

2 系統(tǒng)控制要求

系統(tǒng)要求控制5臺(tái)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(tái)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，其它水泵能及時(shí)投入使用。水泵的啟停液位控制器使用浮球控制器5個(gè)，分為五級(jí)水位控制，每個(gè)浮球的高水位作為啟泵信號(hào)使用，低水位作為停泵信號(hào)使用。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為手動(dòng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分，手動(dòng)控制系統(tǒng)作為一種應(yīng)急控制而存在，自動(dòng)控制系統(tǒng)使用PLC實(shí)現(xiàn)。

3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
為實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水泵的輪換啟停及故障自投功能，一個(gè)可行的設(shè)計(jì)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(tái)水泵作為一個(gè)隊(duì)列，當(dāng)水泵運(yùn)行或故障時(shí)出列，水泵故障排除或低水位停止時(shí)入列。例如，隊(duì)列中原來水泵的啟動(dòng)工作順序?yàn)?2345循環(huán)啟動(dòng)，當(dāng)3#泵故障時(shí)出列，水泵的啟動(dòng)次序?yàn)?245循環(huán)啟動(dòng)，當(dāng)3#泵修復(fù)正常后，水泵的工作次序?yàn)?2453循環(huán)啟動(dòng)，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(gè)備用泵隊(duì)列，將正在運(yùn)行的水泵作為運(yùn)行泵隊(duì)列，通過隊(duì)列中水泵的出入來實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的循環(huán)啟動(dòng)功能。

圖1 水泵的啟動(dòng)次序

3.2 軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)
本控制系統(tǒng)中，5臺(tái)水泵的熱繼電器故障輸入及5個(gè)高水位信號(hào)輸入共10個(gè)輸入點(diǎn)，5個(gè)啟動(dòng)水泵及一個(gè)報(bào)警輸出點(diǎn)共6個(gè)輸出點(diǎn)，西門子CPU224具有12個(gè)輸入點(diǎn)，10個(gè)輸出點(diǎn)，已滿足使用要求。
(1) 啟動(dòng)信號(hào):1#～5#高水位脈沖信號(hào)，共用信號(hào)，水泵啟動(dòng)時(shí)代表水泵的隊(duì)列編號(hào)(1#～5#)從備用泵隊(duì)列中出列，同時(shí)此編號(hào)入運(yùn)行泵隊(duì)列。
(2) 停止信號(hào):1#～5#低水位脈沖信號(hào)，共用信號(hào)，此時(shí)水泵編號(hào)的轉(zhuǎn)移從運(yùn)行泵隊(duì)列移至備用泵隊(duì)列
l 入列(入先進(jìn)先出隊(duì)列):當(dāng)高水位脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)，使用填表指令(ATT)入表;
l 出列(出先進(jìn)先出隊(duì)列):當(dāng)?shù)退幻}沖信號(hào)到達(dá)時(shí)，使用先進(jìn)先出指令(FIFO)出列。
(3) 故障出列:包括水泵運(yùn)行或停止時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)的出列，故障泵自動(dòng)退出運(yùn)行，并把下一臺(tái)未運(yùn)行的正常泵作為備用泵，隨時(shí)等待啟動(dòng)信號(hào)。
故障定義:空氣開關(guān)跳閘的輸出信號(hào)、電機(jī)熱繼電器過載。
(4) PLC的程序設(shè)計(jì)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(duì)于S7-200的編程軟件STEP7 Micro WIN，各子程序及主程序是在編寫時(shí)獨(dú)立分開的，各個(gè)子程序可以定義為完成各種單獨(dú)功能的子程序，以主程序調(diào)用各個(gè)子程序，各子程序之間可以互為調(diào)用。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)列移位處理子程序;
l SBR4:啟停泵處理子程序;
l SBR5:定時(shí)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(fù)后出入隊(duì)列的部分程序如圖3，其中，參數(shù)IN1傳遞的為水泵備用隊(duì)列編號(hào)，參數(shù)IN2傳遞的為水泵運(yùn)行隊(duì)列編號(hào)。

圖3 子程序SBR2

(5) 軟件編寫時(shí)應(yīng)該考慮的問題
l 為防止水面波動(dòng)引起浮球誤動(dòng)作，增加延時(shí)2s判斷;
l 浮球故障引起的上下水位信號(hào)中有兩個(gè)或以上信號(hào)同時(shí)或短時(shí)間內(nèi)接通，此時(shí)只接收一個(gè)信號(hào)，同時(shí)由PLC輸出報(bào)警，以便檢查故障;
l 因水泵啟動(dòng)方式為Y/△啟動(dòng)，要求電機(jī)完全啟動(dòng)(即Y/△啟動(dòng)轉(zhuǎn)換完畢)后第一水泵后才能啟動(dòng)下一臺(tái)水泵，同時(shí)，為了減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，都不允許兩臺(tái)泵在短時(shí)間內(nèi)相繼啟動(dòng)，因此，需要對(duì)啟動(dòng)兩臺(tái)水泵之間增加一個(gè)延時(shí)判斷，即如果在接收一個(gè)啟泵信號(hào)之后的一定時(shí)間內(nèi)不能再接收第二個(gè)啟泵信號(hào);
l 水泵的定時(shí)輪換工作。

4 結(jié)束語

本文介紹了多臺(tái)電機(jī)的輪換控制的一種實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)由于采用西門子S7-200 PLC實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的輪換工作及故障自動(dòng)切換，使水泵工作時(shí)間均等，水泵電機(jī)壽命延長(zhǎng)。由于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，自投入運(yùn)行以來一直正常。

參考文獻(xiàn)
[1] S7-200系列可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè). 2002

作者簡(jiǎn)介
劉敏俊(1977-) 男 目前主要從事生產(chǎn)自動(dòng)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用編程。