摘要：本文主要介紹了利用可編程控制器（PLC） 實現洪門水電廠溢洪道消力池排水廊道自動抽水，并列出了詳細的流程圖。可供電力系統其他單位進行設備自動化改造時參考。
  
關鍵詞：PLC 抽水水位 自動控制  

1 引言  

    近年來，隨著我國自動化技術的提高，工廠自動化也上了一個新臺階。可編程邏輯控制器（PLC）作為一個從八十年代發展起來的新興的工業控制器，是自動控制、計算機和通訊技術相結合的產物，是一種專門用于工業生產過程控制的現場設備。PLC以其體積小、功能齊全，價格低廉，可靠性高等方面具有獨特的優點，在各個領域獲得了廣泛應用。  

    洪門水電廠是一個投產30多年老電廠，原有的自動化設備無法滿足安全生產的需要。溢洪道是水電廠最重要的水工建筑物之一，因此對于該建筑物日常運行維護特別重要，消力池排水廊道自動抽水系統的更新改造正是為了滿足這要求。考慮到水工建筑物自然環境因素，根據可靠性第一，選用性價比較高的產品的原則，我們重點對AB、GE、三菱、OMRON（歐姆龍）、MODICON（莫迪康）、SIEMENS（西門子）等公司的PLC系列產品進行了綜合的比較、選擇，最后選用了三菱公司的產品，這是因為三菱公司產品除具有上述優點外，還具有維護方便及操作簡單直觀易掌握的特點。PLC采用三菱 FX2N-48MR+2A/D+2D/A,主要負責水位的數據采集，控制潛水泵的啟動/停止等。同時選用了一臺三菱5.7寸觸摸屏，主要負責參數顯示和修改參數以及顯示詳細的故障信息等。  

2 系統結構

    洪門水電廠溢洪道消力池排水廊道排水系統主要由三部分組成。①一級堰廊道自動排水系統；②二級堰廊道自動排水系統；③人機對話系統。其中主控制系統安裝在二級堰廊道它由水位變送器、液位開關、可編程控制器、接觸器、控制開關等構成。除具有現地控制功能外，還具有通過遠方的液晶觸摸顯示器完成水位檢測、實時顯示、傳感器整定、實時控制、保護等功能。一級堰廊道只安裝了水位變送器和接觸器等水泵起動設備。液晶觸摸屏也就是人機對話系統安裝在溢洪道維護人員的辦公地點，離主控中心有100米左右。  

3 各部分工作元器件特性
  
    3.1 PLC  

    PLC（FX2N-48MR）是整個控制系統的核心控制部件，其豐富齊備的控制運算指令、優越的性能、現場編程調試的方便已使其成為深受現場技術人員歡迎的控制設備。主要性能指標為：24點輸入/24點繼電器輸出，內置8000步RAM可使用存儲盒，運算速度為1.52цs～數100цs/步（應用指令）；其輸出接點的最大負載為80VA或100KW，輸出接點的壽命為20VA/300萬次，35VA/100萬次，80VA/20萬次。  

    3.2 2A/D及2D/A  

    FX2N-2A/D轉換模塊用于接收水位變送器輸出的4～20 mA電流信號，并將其變為PLC程序可用的十進制數。（即將模擬量轉換成數值量）FX2N-2D/A轉換模塊用于將PLC運算得到的控制量數值轉換為-10V～+10V電壓信號，通過RS485或RS422接口連接將電流模擬量信號輸入到遠方監控系統。  

    3.3液位變送器和液位開關  

    液位變送器采用高精度、高可靠性美國麥克產品，型號為MPM426W液位開關 采用臺灣凡宜LTB產品，當水位達到設定值時，給可編程一個動作信號。  

    3.4 觸摸屏  

    作為一種新型的人機界面，從一出現就受到關注，它的簡單易用，強大的功能及優異的穩定性使它非常適合用于工業環境。用戶可以自由地組合文字，按鈕，圖形，數字等來處理或監控管理隨時可能變化的信息。隨著工業設備的飛速發展，以往的操作界面需由熟練的操作員才能操作，無法提高效率。但使用人機界面，能明確指示并告知操作員機器設備目前的狀況，使操作變得簡單生動。使用觸摸屏，還可以使機器配線標準化、簡單化，同時也能減少PLC控制所需的I/O點數，降低生產成本，也相對提高整套設備的附加價值。本系統選用三菱公司的GOT930觸摸屏，它和三菱PLC有很好的通用性，能在線監視并修改程序，不必很麻煩的重復插拔接口。

4 本裝置系統實現的主要功能  

    4.1具有三種運行方式:自動、手動和退出，采用操作把手手動切換。  

    4.2在“自動”運動方式下，根據液位開關（或液位變送器）提供的液位信號啟動和停止潛水泵；在“手動”運行方式下，可以直接通過手動操作把手起動/停止潛水泵。在“退出”運行方式下，自動和手動操作均不起作用。  

    4.3自動定時切換各潛水泵間的主用/備用狀態，也可以人為進行切換各泵間的主用/備用狀態。  

    4.4采用發光二極管指示裝置的運行狀態和系統故障。  

    4.5采用液晶顯示屏來進行參數顯示（如：水位等）和修改參數（如：水泵啟動和停止水位整定值、水泵切換時間參數、）以及顯示詳細的故障信息。  

    4.6具有故障報警功能，報警信息包括：電源故障、水泵故障、變送器故障、水位過高、水位過低、PLC故障等。  

    4.7具有自檢功能和較強的容錯能力。  

    4.8控制電源采用交直流兩路輸入的UPS電源。  

    4.9具有通信聯網功能，將報警信號和模擬量信號等傳送到遠方計算機監控系統。  

5 軟件設計  

    根據溢洪道消力池排水廊道排水系統控制的要求，利用三菱公司PLC豐富的指令編制控制程序，并結合現場調試及優化控制程序的原則，本控制系統主要有以下幾個控制程序模塊。  

    5.1 二級堰廊道自動排水控制過程  

    5.1.1當兩臺水泵處于“自動”狀態時，若液位開關達到“水位高”位置時，主用水泵起動；若液位開關達到“水位過高”或“水位很高”位置時，備用水泵也起動，并且同時發出“水位過高”告警信號。  

    5.1.2當液位開關低于“水位低”位置時，所有運行的水泵都停止工作；若“水位過低”時，除水泵停止運行外，還發“水位過低” 告警信號。  

    5.1.3當PLC發出某臺水泵的運行指示后2秒內該臺水泵的磁力起動器未動作，則該臺水泵主/備用狀態改變至備用狀態，并同時發出告警信號。  

    5.1.4二級池水泵自動運行流程圖見附錄一所示。

    5.2一級池水泵自動工作過程：
  
    當水泵處于“自動”狀態時，若一級池集水井水位達到“水位高”位置時，一級池水泵起動；若水位達到“水位過高”時，水泵起動并同時發出告警信號；若水位達到“水位低”位置時，一級池水泵停止。若水位達到“水位過低”位置時，一級池水泵停止并同時發出告警信號。  
  
    一級池水泵自動運行流程圖

   5.3 人機界面設計  

    在人機界面中，設計了16幅畫面，包括狀態信息，故障信息，參數設置，修改密碼，系統維護等。狀態信息包括一、二級堰廊道水位顯示以及二級堰廊道1#潛水泵、2#潛水泵、一級堰廊道水泵的工作狀態；故障信息顯示水泵、電源、熱繼、水位超限等設備或信號的故障時間；參數修改包括壓水位的整定值設置，水位的輸入、輸出值整定設置以及主/備。觸摸屏的畫面如圖所示：

6 結束語

    洪門水電廠溢洪道消力池排水廊道自動抽水系統是在總結可編程技術在該廠機組調速器壓油罐油壓和油位自動控制系統的基礎上，自主設計安裝、調戲而成功的一個項目。溢洪道消力池排水廊道自動抽水系統獲得當年該廠“合理化建議”一等獎。。本系統從2003年改造至今正常運行兩年，沒有發現大問題，本系統設計合理、先進，運行安全、可靠，維護方便，操作簡便直觀，。其次，由于PLC功能齊全，可靠耐用，指令簡潔，其觸摸屏與PLC有很好的通用性，可通過觸摸屏監視并修改、優化程序，鍛煉了該廠職工隊伍，使電氣維護人員基本掌握了PLC的原理及自動控制系統的軟、硬件設計及制作的技術，提高了職工的技術水平。而且，為洪門水電廠設備自動化改造及維護節省了不少資金。  

    作者簡介：  

    江洪（1969——-），男，工程師，現從事水電廠發電機組電氣安裝及日常維護工作。