1 引言
深圳某泵站位于深圳水庫(kù)庫(kù)尾，供水規(guī)模為50萬(wàn)m3/d，投資金額近2百萬(wàn)，是為解決寶安區(qū)中西部片區(qū)供水水源不足而新建的應(yīng)急工程。該泵站有3套機(jī)組，均為異步電動(dòng)機(jī)，其中2套作為工作機(jī)組，1套作為備用機(jī)組?？傃b機(jī)2000kW，設(shè)計(jì)流量5.79m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程16.4m。電氣主接線(xiàn)為10kv供電系統(tǒng)專(zhuān)線(xiàn)。電氣及自動(dòng)化控制系統(tǒng)按3套工作機(jī)組設(shè)計(jì)，全微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，少人值守。
泵站的控制系統(tǒng)采用施耐德Modicon TSX Premium系列PLC為控制核心。Modicon TSX Premium系列PLC適用于大、中型控制系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算能力。配套的編程軟件PL7Pro可以用指令表、梯形圖，結(jié)構(gòu)化文本等語(yǔ)言編程，允許用戶(hù)創(chuàng)建自己的功能塊(DFB)和圖形的運(yùn)行畫(huà)面?？刂乒裆喜捎脤?zhuān)門(mén)面向PLC的MT500系列觸摸屏人機(jī)界面，配套編程軟件為Eas Builder500。上位機(jī)操作系統(tǒng)采用微軟的Windows 2000 Professional，應(yīng)用軟件為國(guó)產(chǎn)的組態(tài)王6.5?？刂葡到y(tǒng)主要分兩部分:機(jī)組部分和公用部分。本文主要介紹機(jī)組部分。
2 系統(tǒng)方案
系統(tǒng)方案如圖1所示。機(jī)組高壓柜和電容饋線(xiàn)柜中裝有ALSTOM智能保護(hù)裝置，可將I/O參數(shù)通過(guò)MODBUS總線(xiàn)傳輸?shù)絇LC中。機(jī)組和輔助設(shè)備的各狀態(tài)接點(diǎn)和控制接點(diǎn)接到PLC上。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PLC處理后，通過(guò)串口通信送到觸摸屏顯示，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸給上位機(jī)?，F(xiàn)階段，工作人員通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)開(kāi)停機(jī)組、開(kāi)停輔助設(shè)備和開(kāi)關(guān)蝶閥的操作。

圖1 泵站機(jī)組控制系統(tǒng)圖

3 系統(tǒng)的主要功能和具體實(shí)現(xiàn)
為便于介紹，下文以1#泵機(jī)組為例。根據(jù)泵站控制的工藝要求和系統(tǒng)特點(diǎn)，本控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)報(bào)警、機(jī)組啟停、機(jī)組輔助設(shè)備及蝶閥控制、數(shù)據(jù)處理和通訊等功能。
3.1 報(bào)警功能
高壓柜和電容饋線(xiàn)柜出現(xiàn)事故和故障、輔助設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，PLC有專(zhuān)門(mén)的輸出接點(diǎn)指示。同時(shí)，觸摸屏上彈出事故和故障報(bào)警界面，等待工作人員處理。高壓柜、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的事故作用于停機(jī)。
3.2 機(jī)組啟停
工作人員在觸摸屏上按了開(kāi)機(jī)或停機(jī)鍵以后，PLC將自動(dòng)完成開(kāi)停機(jī)過(guò)程。當(dāng)有事故發(fā)生時(shí)，PLC完成事故停機(jī)過(guò)程。機(jī)組啟停流程如圖2和圖3。

圖2 泵開(kāi)機(jī)流程

圖3 泵正常停機(jī)和事故停機(jī)流程
3.3 機(jī)組輔助設(shè)備及蝶閥控制
機(jī)組輔助設(shè)備主要包括電機(jī)風(fēng)機(jī)和稀油泵，蝶閥包括進(jìn)口蝶閥和出口蝶閥。在機(jī)組啟停流程圖中可以看出，機(jī)組啟停的流程包含了對(duì)機(jī)組輔助設(shè)備及蝶閥的控制。此處另設(shè)的控制程序，為針對(duì)單個(gè)設(shè)備的手動(dòng)控制，便于機(jī)組控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。
3.4 數(shù)據(jù)處理功能
根據(jù)系統(tǒng)需要，PLC處理的模擬量包括泵組進(jìn)口壓力和出口壓力、電機(jī)定子溫度和油水溫度。前者的采樣周期較短，為20ms;后者采樣周期較長(zhǎng)，為0.5s。本文為數(shù)據(jù)處理自己定義了一個(gè)功能塊(DFB)，輸入信號(hào)包括功能塊復(fù)位(EBOOL型)、模擬量通道地址(WORD型)、采樣次數(shù)(WORD型，本文定為10次)、采樣周期脈沖(EBOOL型，由定時(shí)器實(shí)現(xiàn))，輸出信號(hào)為模擬量信號(hào)在通訊輸出緩沖區(qū)中的地址。數(shù)據(jù)處理程序不是簡(jiǎn)單的求平均值，而是先將數(shù)據(jù)依次賦值給功能塊的公用變量，然后將10次的采集結(jié)果求和，減去最大值和最小值后再平均。功能塊的輸出值即為處理后的模擬量值，其對(duì)應(yīng)的地址即為該值在輸出緩沖區(qū)中的地址，便于觸摸屏采集和顯示。

3.5 通訊功能
現(xiàn)階段，本系統(tǒng)的通訊主要包括兩部分:與觸摸屏的串口通訊;與智能保護(hù)裝置的MODBUS總線(xiàn)通訊。
觸摸屏MT500是專(zhuān)門(mén)針對(duì)PLC的人機(jī)界面，其集成了包括施耐德、西門(mén)子、三菱等幾十種PLC的串口通訊程序，與PLC的通訊只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的組態(tài)操作即可實(shí)現(xiàn)。本文在EasyBuilder500中將觸摸屏系統(tǒng)參數(shù)中的PLC類(lèi)型設(shè)置為T(mén)ELEMECANIQUE UniTelWay，即施耐德PLC。通訊參數(shù)包括:RS－485、波特率9600、數(shù)據(jù)位8、無(wú)校驗(yàn)位、停止位1。PLC上也進(jìn)行同樣的設(shè)置。然后觸摸屏在編制界面時(shí)，將控制信號(hào)和顯示信息的地址填寫(xiě)為PLC輸出緩沖區(qū)中對(duì)應(yīng)的地址，即實(shí)現(xiàn)了通訊。
MODBUS通訊協(xié)議是施耐德公司設(shè)計(jì)的一種用于工業(yè)控制的主從結(jié)構(gòu)式串口通訊協(xié)議，可用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的主從結(jié)構(gòu)式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。該協(xié)議具有兩種傳輸模式:RTU模式和ASC模式。本文采用的是RTU模式，其報(bào)文格式如表1所示。

表1 MODBUS協(xié)議RTU模式報(bào)文格式

它沒(méi)有起始位和停止位，而是以至少3.5個(gè)字符間隔時(shí)間(T1－T2－T3－T4)標(biāo)志開(kāi)始和結(jié)束。信息幀由地址域、功能域和CRC校驗(yàn)域構(gòu)成，所有字符位由16進(jìn)制數(shù)組成。本系統(tǒng)中PLC為主站，高壓柜為從站1，電容饋線(xiàn)柜為從站2。PLC以輪巡的方式訪(fǎng)問(wèn)從站，讀取數(shù)據(jù)。PLC通過(guò)MODBUS訪(fǎng)問(wèn)從站的指令為READ_VAR，參數(shù)包括網(wǎng)絡(luò)號(hào)、從站地址號(hào)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)首地址、數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)、接收緩沖區(qū)地址和大小等。由于CRC校驗(yàn)是以Byte型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，而PL7 Pro編程軟件絕大多數(shù)指令不支持Byte型數(shù)據(jù)，因此本文在執(zhí)行CRC校驗(yàn)前設(shè)有專(zhuān)門(mén)的子程序?qū)yte型消息段轉(zhuǎn)化為高8位為16進(jìn)制數(shù)00的WORD型數(shù)據(jù)段。本文的CRC檢驗(yàn)子程序流程如圖4所示。

圖4 CRC校驗(yàn)子程序流程

4 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)的就地計(jì)算機(jī)測(cè)控層部分已開(kāi)發(fā)完畢，即將在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝和調(diào)試。在程序的編制過(guò)程中，為下一階段上位機(jī)監(jiān)控層的實(shí)施也做好了充分的準(zhǔn)備。