一、    概述：

排污泵站（下简称泵站）作为市政建设和管理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要任务。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当落后的状况，与国外相比具有很大的差异。我公司针对行业状况提出排污泵站控制系统的自动化监控和管理的解决方案。向国外无人化泵站监控管理发展，以达到减员增效和提高管理水平的目的。

二、   泵站主要设备：

进水闸门＼集水池＼除污机＼出水闸门＼变压器房＼水泵房 ＼控制柜房

三、    控制要求：

以XX排污泵站设施为对象，采用SIEMENS的S7-300系列PLC对整个泵站进行自动化监控和管理，具体要求有以下几点：

1.      在泵站控制室内设置自动化监控操作台，采用西门子高性能的10英寸真彩LCD触摸式显示屏，对整个泵站进行动态监控管理、故障报警、工况记录和报表打印，并对泵站实施三级控制；

2.      泵站的水泵控制开关柜具有就地和远程控制的功能；

3.      泵站的功率因素补偿柜能够实现就地自动补偿和远程电网监控；

4.      对泵站变压器进行保护和测控，实现供电系统的速断、过流、不平衡、高压侧零序过流、低压侧零序过流、过负荷、三相熔断判别、本体保护、故障记忆及显示等保护功能；

5.      泵站的水泵将根据泵的状态、水位、雨量、电网状况、闸门位置等工况自动投切；

6.      通过对水位差的检测，提示或自动投切除污机；

7.      预留通信接口，可通过电话线路或DDN网联网进行区域监控和数据传送。

四、   硬件系统构成：

根据以上要求，我们开发研制了下述XX排污泵站自动化监控系统。系统的结构见图2。 主要的配置如下。

1.      PLC配置

泵站自动化监控系统的PLC采用SIEMENS的S7-300系列。根据系统要求，PLC总体配置如下：

1)      中央处理模块（CPU）：选用CPU314，内存RAM扩展到64K。

2)      数字量输入模块（DI）：选用SM321，共8块（16点/块），处理128点输入信号。

3)      数字量输出模块（DO）：选用SM322，6块为16点/块，处理96点输出信号。

4)      模拟量输入模块（AI）：选用SM331，共3块（8点/块），处理24点输入信号。

5)      通信模块：选用CP340，共2块，1块为RS232接口，1块为RS485接口。

6)      PLC采用了四个框架，在RTU信号柜内有三个，其中一个为备用扩展框架；另一个在操作台内，通过IM361扩展连接，这样简化了接线，大大地提高可靠性。

2.      触摸屏配置

触摸屏采用了西门子TP 270型触摸式面板，彩色STN触模屏，10.4英寸显示。西门子TP 270型触摸式具有面板坚固耐用、结构紧凑、性能优良,；可通过以太网（TCP/IP）、CF卡、MPI或USB备份或恢复程序；可远程下载/上载组态和硬件升级；配置各种接口(MPI、 PROFIBUS-DP、USB、太网接口)；清晰、逼真的256色显示；并可装载专用驱动程序。

3.      电网监控配置：

电网监控采用Wanlida MTPR系列变压器保护测控装置对泵站变压器进行保护和测控，实现供电系统的速断、过流、不平衡、高压侧零序过流、低压侧零序过流、过负荷、三相熔断判别、本体保护、故障记忆及显示等保护功能；并可检测三相四线制的相电压、线电压、相电流、零线电流、有功无功功率、功率因素、频率及相应的最大值。监控器以RS485接口采用MODBUS协议与PLC的CP340连接，传送电网监控数据。

4.      软件监控实现

磨溪排污泵站自动化监控系统的软件主要有两部分：PLC监控软件和触摸屏图控软件。 PLC监控软件由几大模块组成。

1)      系统检测和故障处理模块

A.      系统检测处理所有的输入信号，根据具体情况将作出不同响应。处理的信号有：4台泵电机的温度和振动、进出水闸门状态、存水房液位、防火防盗安全、电源变压器状态、雨量、功率因素补偿柜工况、电网工况、污水池水位等。

B.      系统故障分类为三级：

l        一级故障定义为最高级：当发生此类故障，将禁止所有控制输出。声光报警，记录打印，在显示屏上显示故障类型和解决方法。只有在排除故障，按人工复位键后系统恢复正常工作。

l        二级故障定义为次级：当发生此类故障时将禁止故障点的控制输出，系统作自动调正继续当前操作。故障报警和恢复同一级故障。

l        三级故障定义位最低级：当发生此类故障时，仅声光预警，不中断当前操作。根据系统中产生的各种故障实施相关的故障声光报警和记录。此刻触摸式显示屏进入故障报警画面，显示故障内容，性质，地点，时刻和解决方案，并打印。

2)      除污机和排水泵的运行处理

A.      XX排污泵站有除污机，系统对除污机的工况进行监控。

l        故障信号置位，置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯，机同时在触摸式显示屏上显示。

l        当除污机柜上的选择开关选择远控，操作台在泵自动运行前，先进行排污操作。并采用水位差检测，根据水位差标志实施自动排污。在自动排污时，先在现场声光预警，再运行装置。

B.      XX排污泵站有污水泵，采用现场与操作台相联进行控制。

l        当故障信号置位，置二级故障报警，由<系统故障处理>模块处理。

l        根据信号状态点亮或熄灭有关指示灯。

l        当泵开关柜上的选择开关选择远控，在操作台上可实施四种泵运行方式：手动方式、自动方式、预抽空方式、检修方式。

l        在操作台上对每台泵设置有各自的状态指示灯，手动操作按纽和选择开关。

l        单台泵的选择开关有四档：停止、检修、手动和自动；当设置手动档时可实施手动或预抽空操作；在自动档时则允许该泵进入系统自动运行组态。

l        在系统操作上设置有三档的选择开关：停止、自动和预抽空；<停止>禁止所有泵的运行；<自动>允许单台泵选择开关设置在自动档的泵进入自动运行组态；<预抽空>允许单台泵选择开关设置在手动档的泵预抽空运行；

l        泵的启动和停止要延时依次投入和退出。

l        泵的基本联锁条件：A.一级故障，电源故障禁止所有泵运行；B.泵电机故障，泵启动柜故障禁止对应泵运行；C.泵的不同运行要附合上述泵启动柜，操作台之间的正确设置；D.水位联锁。

l        当满足上述不同联锁条件，泵可进入手动、检修、预抽空或自动运行。

l        在泵自动运行时,要根据水位点和水位区来确定需运行的泵数；判断能投入自动组态的泵是否满足上述要求，如不满足，则故障报警；如可组态的泵多于所需投入运行的泵，则依据这些泵运行时间累计数小的泵投入运行。随着水位降低，逐步退出当前运行时间最长的泵。

3)      数据处理和人机界面处理

A.      数据统计：泵启动柜交流接触器动作计数、泵运行时间累计、泵站排水量累计、降雨量累计、用电量累计。

B.      数据设置：水位值，水位差值和流量值设置；变压器的温度和瓦斯值设置；雨量值设置；泵电机的温度和震动值设置；电力参数设置；防盗有效与否设置。

C.      与触摸式显示屏的数据通信：触摸式显示屏采用工业级人机介面。主要完成下列任务：泵站运行监控、故障报警、记录和排除提示、参数设置、模拟键盘操作、数据记录处理、工艺曲线显示、工况模拟显示、泵站概貌显示。

D.      打印机打印处理：故障随机打印、运行状态打印、参数设置打印、工作报表打印、动态曲线打印、设备状态打印、数据统计打印、显示屏幕打印。