摘要：通過對(duì)夏匯排站自動(dòng)化控制對(duì)PLC（PLC是ProgrammableLogicControl的縮寫，其意思是可編程邏輯控制器，根據(jù)用戶的要求，利用已經(jīng)編程的邏輯來對(duì)電路等進(jìn)行控制。）和上位機(jī)對(duì)主泵葉片角度進(jìn)行遠(yuǎn)程葉片調(diào)節(jié)的原理分析，說明遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)給該站帶來的各種實(shí)際好處，也為同類型泵站提供了成功例證。
　　關(guān)鍵詞：PLC,上位機(jī),葉片角度,遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)
　　1、引言
　　夏匯排澇抽水站工程屬于加強(qiáng)洪梅鎮(zhèn)夏匯村排除內(nèi)澇及保護(hù)周邊農(nóng)田項(xiàng)目，裝機(jī)容量250kW，位于東莞市洪梅鎮(zhèn)境內(nèi)的內(nèi)河上。屬于市級(jí)投資排澇站。
　　該站采用無錫水泵廠生產(chǎn)的3100ZLQ38-4.2型水泵，為全調(diào)節(jié)立式軸流泵。
　　在水泵的正常抽水運(yùn)行中，為適應(yīng)各種情況實(shí)現(xiàn)水泵的最優(yōu)運(yùn)行需要，經(jīng)常要改變水泵工作狀況，這時(shí)需要進(jìn)行水泵調(diào)節(jié)，對(duì)于全調(diào)節(jié)軸流泵通常調(diào)節(jié)它的葉片角度來實(shí)現(xiàn)。
　　2、葉片角度調(diào)節(jié)
　　水泵調(diào)節(jié)的方式很多，通常是改變水泵性能或者管道性能或者兩者都改變的辦法來實(shí)現(xiàn)。主要有：變閥調(diào)節(jié)、變徑調(diào)節(jié)、變角調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)和變壓調(diào)節(jié)等。
　　軸流泵不適宜采用變閥調(diào)節(jié)、也不適宜采用變徑調(diào)節(jié)，但因?yàn)槠淙~輪具有巨大的輪轂，便于安裝可以活動(dòng)的葉片。可以通過變換葉片的安裝角度，使Q-H、Q-N及Q-η等性能曲線移動(dòng)，從而使水泵在一定的上下游水位差時(shí)以最佳的效率工作達(dá)到要求的流量。
　　常見的軸流泵有半調(diào)節(jié)式和全調(diào)節(jié)式，全調(diào)節(jié)式又有油壓和機(jī)械式之分，機(jī)械式通常分為齒輪式、蝸輪蝸桿式和杠桿式等。洪梅鎮(zhèn)排站葉調(diào)機(jī)構(gòu)屬于機(jī)械式中的齒輪式。其葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)參數(shù)為：
                           

　　該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于整個(gè)機(jī)組的最上端，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使絲桿上升或者下降，從而帶動(dòng)內(nèi)操作管、水泵輪轂內(nèi)的下操作竿和操作架上升和下降，然后通過輪轂內(nèi)連桿的傳遞，使轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)葉片向正或負(fù)的方向旋轉(zhuǎn)。
　　3、PLC遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)
　　3.1PLC遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)
　　PLC的主要特點(diǎn)1、高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10－20ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。2、豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊;為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3、采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5、安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。
　　通過上位機(jī)操作員站的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程葉片角度調(diào)節(jié)，既能準(zhǔn)確的看到實(shí)際值和設(shè)定值，還能夠通過設(shè)定調(diào)節(jié)周期和每個(gè)周期內(nèi)的實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)間，達(dá)到連續(xù)而穩(wěn)定的自動(dòng)調(diào)節(jié)。這樣既能彌補(bǔ)手動(dòng)調(diào)節(jié)精度不高的缺點(diǎn)，又能減少不穩(wěn)定操作或不當(dāng)操作對(duì)機(jī)構(gòu)的損傷。
　　3.2硬件組成
　　在硬件構(gòu)成上，有DELL的監(jiān)控計(jì)算機(jī)操作員站，施耐德的Quantum系列PLC（主要有電源模件140CPS21100、CPU模件140CPU67160、網(wǎng)絡(luò)模件140NOE77101、開入量模件140DDI35300、開出量模件140DDO35300、模入量模件140ACI04000等），D-Link網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，機(jī)組葉調(diào)機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)命令由監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過交換機(jī)發(fā)給PLC，PLC收到命令后通過開出模件向調(diào)節(jié)電機(jī)發(fā)出升/降葉片角度的命令，并通過傳感器將葉片角度現(xiàn)值的模擬量信號(hào)通過PLC的模入模件反送回CPU，當(dāng)達(dá)到調(diào)節(jié)要求時(shí)，調(diào)節(jié)完成退出。如圖1所示：

                             
　　                                                                                 圖1
　　3.3程序設(shè)計(jì)及工作原理
　　在PLC程序中通過4個(gè)梯形圖子程序，分別實(shí)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組的葉片角度調(diào)節(jié)的閉環(huán)自動(dòng)控制。程序結(jié)構(gòu)如圖2所示：

                      
　                                                                        　圖2
　　當(dāng)PLC收到調(diào)節(jié)命令時(shí)，首先將設(shè)定值和當(dāng)前實(shí)際值比較，兩者差的絕對(duì)值小于調(diào)節(jié)死區(qū)（0.1度）時(shí)，認(rèn)為設(shè)定值和實(shí)際值的差值過小，不進(jìn)行葉片角度調(diào)節(jié)，系統(tǒng)報(bào)警退出調(diào)節(jié)程序。（因?yàn)椴钪颠^小時(shí)，設(shè)定值和實(shí)際值非常接近，一旦進(jìn)入調(diào)節(jié)程序，一個(gè)調(diào)節(jié)周期就會(huì)造成超調(diào)，調(diào)節(jié)過后的角度將需要回調(diào)，如此反復(fù)造成程序死循環(huán)。）當(dāng)設(shè)定值和實(shí)際值的差值足夠大時(shí)，將設(shè)定值和實(shí)際值進(jìn)行比較，設(shè)定值大于實(shí)際值時(shí)進(jìn)入葉片角度升調(diào)節(jié)，相反進(jìn)入葉片角度降調(diào)節(jié)。

                             
　                                                                                      　圖3
　　如圖3PLC的梯形圖程序所示，進(jìn)入葉片角度升調(diào)節(jié)時(shí)，采取點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，一個(gè)調(diào)節(jié)周期為3500毫秒，定時(shí)器TIM84為升葉片角度電機(jī)動(dòng)作時(shí)間，為300毫秒，定時(shí)器TIM83為升葉片角度電機(jī)中止時(shí)間，為3200毫秒。

                                                                                   圖4
　　若干調(diào)節(jié)周期后，如圖4程序，實(shí)際值進(jìn)入調(diào)節(jié)死區(qū)，調(diào)節(jié)完成，葉片角度將因?yàn)閼T性達(dá)到設(shè)定值附近。降葉片角度調(diào)節(jié)程序同理。

                                    
　                                                                                       　圖5
　　如果反饋通道和執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，在限定時(shí)間（180秒）里沒有進(jìn)入調(diào)節(jié)死區(qū)，由圖5的程序?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)退出。同時(shí)葉調(diào)機(jī)構(gòu)本身具備限位開關(guān)，葉片角度達(dá)到設(shè)定高（低）限時(shí)將直接切斷調(diào)節(jié)電機(jī)的電源，能有效保障設(shè)備安全。
　　3.4應(yīng)用界面
　　洪梅鎮(zhèn)排站的自動(dòng)化改造中上位機(jī)使用CIMPLICITY6.1監(jiān)控軟件，在每一個(gè)機(jī)組單元監(jiān)視圖中都有對(duì)應(yīng)機(jī)組葉片角度調(diào)節(jié)的畫面，如圖6所示為4＃機(jī)葉片角度調(diào)節(jié)的監(jiān)控畫面，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“<”可以減小設(shè)定值，點(diǎn)擊“>”可以增大設(shè)定值。
　　
　　當(dāng)確定設(shè)定值后，點(diǎn)擊“開始調(diào)節(jié)”，彈出圖7畫面，此時(shí)擁有操作權(quán)限的操作人員輸入“姓名”和“密碼”，點(diǎn)擊“確認(rèn)”，為防止誤操作，將會(huì)彈出如圖8所示界面，請(qǐng)?jiān)摬僮魅藛T再次確認(rèn)下發(fā)調(diào)節(jié)令。
　　4、結(jié)束語
　　全調(diào)節(jié)軸流泵采用葉片角度調(diào)節(jié)進(jìn)行水泵調(diào)節(jié)，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，使安裝角為最小值，讓葉片處于封閉狀態(tài)，這樣水泵所需要的功率就降到最低，尤其對(duì)同步電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)降低啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求；在機(jī)組停機(jī)時(shí)，把葉片角度調(diào)節(jié)到最小可以使機(jī)組在最小負(fù)荷停機(jī)，使停機(jī)更加平穩(wěn)。PLC能夠更為準(zhǔn)確有效的判斷和控制葉片在開停機(jī)時(shí)的葉片角度，這對(duì)于開停機(jī)組安全是十分有利的。
　　在機(jī)組運(yùn)行時(shí)各個(gè)不同的安裝角度下水泵的Q-η曲線的最高效率變化不大，調(diào)節(jié)水泵角度，能達(dá)到上下游一定水位條件下對(duì)機(jī)組流量的需求。通過PLC對(duì)水泵葉片角度的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)首先是給水泵調(diào)節(jié)工作帶來便利，同時(shí)通過PLC開出脈沖量進(jìn)行周期調(diào)節(jié)和同步模入量判斷使葉片調(diào)節(jié)更精確，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)更平穩(wěn)，大大減小人為調(diào)節(jié)所帶來的讀數(shù)和動(dòng)作誤差。
　　通過PLC對(duì)水泵葉片角度進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化的基礎(chǔ)和基本要求，其中遇到的問題和解決辦法必將帶給我們帶來對(duì)實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化的更多經(jīng)驗(yàn)和對(duì)自動(dòng)化程度的更高要求。