1、水廠高壓控制室模擬屏控制系統的設計孫建國 孔力 鄭艷（華中科技大學控制科學與工程系，武漢，430074）摘要：本文介紹了可編程序控制器在水廠高壓控制室模擬屏控制系統中的應用，包括模擬屏控制系統的基本原理、硬件組成和軟件實現。現場應用情況表明，該PLC控制系統工作可靠、操作方便，實現了對水廠的高壓供電操作的模擬控制。關鍵詞:可編程序控制器；模擬屏；水廠中圖分類號：TP273+.5 文獻標識碼：A Design of Imitation Screen Control System for High Voltage Control Room of Water PlantSun Jianguo Kon

2、g Li Zheng Yan（Dept. of Control Science and Engineering in Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, 430074）Abstract: This paper introduces the application of the programmable controller to the imitation screen control system for the high voltage control room of water plant, including it

3、s principles, components of hardware and design of software. The application on spots shows: this system works reliably, operations conveniently. The function of imitation control for the operation of high power supply of water plant has been realized.Keywords: Programmable Controller, Imitation Scr

4、een, Water Plant1 前 言我們日常用的自來水是從水源取到水廠，經加藥、沉淀、過濾等處理后，使蝕度、PH值等指標達到一定標準的水，自來水的生產工藝流程如圖1所示。從圖中可以看出，這些處理都涉及到高壓供電操作。水廠高壓供電系統操作復雜，尤其是操作順序要求嚴格，不能任意顛倒，一旦操作失誤，其后果將不堪設想，因而水廠高壓供電系統是水廠系統設計中的一個重要部分。為了避免水廠高壓供電操作而引起的事故，先采用模擬屏控制系統對水廠的實際高壓電路進行模擬操作，以考察系統的可靠性，合理性，保證其安全可靠地投入使用。圖1 自來水生產工藝流程高壓供電系統的模擬屏控制系統是在工業生產中，為避免高壓供電操

5、作而引起的事故，保證生產的安全運行，提高系統的可靠性和企業的生產效率，設計的一種對實際的電路進行模擬操作的系統。模擬屏不僅給予操作人員以電力系統網絡的概況，而且還可以用來顯示一些警告，例如某一變電站有一警告狀態的電流或它已被遙控掃描所閉鎖。模擬屏系統的傳統控制方法是采用繼電器、接觸器控制，人工手動操作，系統體積大、耗電多，性能與可靠性已遠遠滿足不了現代化水廠的要求。而近年來，以微處理器為核心的可編程序控制器（Programmable Controller簡稱PC）, 具有速度快、可靠性高、抗干擾能力強、擴展靈活等優點，不僅可執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算操作等面向用戶的指令，還可

6、進行參數PID控制，可方便地實現生產過程的自動監控，為此，我們選用可編程序控制器作為系統的控制器，與模擬開關、光帶等組成整個模擬屏控制系統。2 系統硬件組成及工作原理水廠高壓模擬屏控制系統的硬件部分主要由可編程序控制器及其功能擴展模塊，模擬開關，光帶，電源及電纜線等組成。可編程序控制器作為系統的控制器，對光帶、報警電路進行控制，是系統的核心部分；模擬開關表示實際高壓供電系統中的斷路器或隔離開關，模擬開關的閉合或斷開，代表實際供電系統中斷路器或隔離開關的閉合或斷開；光帶與實際電流通路相對應，光帶的亮與滅反映實際電路的通斷。可編程序控制器采集各模擬開關的狀態信號，經內部邏輯運算，控制光帶，并對錯誤

7、的操作順序報警。系統組成結構如圖2所示，其中Z-16ND2是數字量輸入模塊，Z-16TD2是數字量輸出模塊。圖2 系統組成結構2.1 PC各部分的選擇21 CPU模塊的選擇 系統的控制器選擇江蘇無錫華光公司的SZ4型可編程序控制器。該型號PC采用EEPROM作為程序存儲器，有2個通訊端口，重80g，外形尺寸：90H×31W×68D。2 IO模塊的選擇 該系統中總輸入點64個，輸出點16個，所以IO點數為80個。選用三個16點DC24V輸入模塊Z16ND2，一個16點DC24V集電極開路輸出模塊Z16TD2即可滿足要求。3 電源框架的選擇 由于系統有5個模塊，所以選擇Z05B

8、型號的電源框架，由DC24V供電。2.2 系統平面布置由于本系統是為模擬實際高壓供電操作而設計的，故而在平面布置上應與實際接線相對應，以求直觀、方便。將系統平面布置成高壓控制室主接線的形式，把主接線的隔離開關和斷路器換成模擬開關，其它部件改成光帶，如圖3所示。圖3 模擬屏平面布置3 系統軟件實現1 3由于系統高可靠性、實時性和開放性的要求，軟件的設計開發均在WINDOWS 2000環境下進行。采用SZ系列PLC的個人計算機編程軟件DIRECT SOFT2對PLC進行系統配置和程序編寫、調試。該編程器可實現以下功能：在線編程；離線編程；遠程編程；寄存器數據編程；參數設定；PLC信息讀出處理；文件

9、管理；各種在線監控等。根據模擬屏系統控制邏輯要求將其程序設計分為三大部分：光帶控制程序設計；操作順序報警程序設計；接地刀報警程序設計。3.1光帶控制程序設計參照圖3所示，光帶D5、D6、D7、D8、D21、D23、D24、D25、D26、D22、D17、D18、D19、D20分別由可編程控制器的輸出點Q0、Q1、Q2Q15來控制。若這些光帶直接用硬接線路來控制，線路過于復雜，易出故障，并功能專一，不靈活，故采用可編程序控制器來控制，要使光帶發光必須使相應的可編程序控制器的輸出點處于ON狀態。以光帶D5為例，要使D5發光必須使Q0處于ON狀態。若繁張西線供電，58112J，58112K，5811

10、2Y必須都合上，即I0，I1，I2都處于接通（ON）狀態。用梯形圖表示：圖4 光帶D5控制梯形圖a若繁張東線過內橋供電，當58114J、58114K、58114Y、58110Y、58110J、58110K都合上時，即I15、I16、I17、I14、I13、I12都處于閉合狀態，用梯形圖表示如下：圖5 光帶D5控制梯形圖b所以，要使Q0處于ON狀態，要么I0、I1、I2同時導通，要么I12、I13、I14、I15、I16、I17同時導通，用梯形圖表示如下：圖6 光帶D5控制梯形圖c其它光帶D6、D7D20的控制程序與D5類似。3.2 操作順序報警程序設計該部分是系統程序設計的重點。模擬屏的主要功

11、能是模擬操作，確定正確的操作順序。按鈕的操作順序有嚴格的規定，不能任意顛倒，當需要對高壓供電系統進行操作時，操作人員必須先填好操作票，然后根據操作票的內容在模擬屏上操作。若操作完畢后，模擬屏并沒有發出報警信號，說明操作票的內容完全正確，操作人員可以根據操作票的內容進行實際高壓操作；若模擬屏發出報警信號，說明操作票上的內容有誤，必須重新填寫操作票，再在模擬屏上操作，直到模擬屏沒有發出報警信號為止。控制程序必須反映出正確的操作順序，為此我們采用真值表比較法進行設計：即將在正確的操作順序下，可變程序控制器各相應輸入點狀態值用2元常量表示成真值表，并存儲在可編程序控制器的數據存儲器中，在執行相應操作時

12、，將真值表與可編程控制器的輸入點的實際狀態值相比較，如輸入點實際狀態值與真值表中其中一個真值相等，說明操作正確，若輸入點實際狀態值與真值表中任意一個真值都不相等，說明操作有誤，必須報警。對該水廠高壓供電系統的操作主要有六種：投運主變一；投運主變二；投運主變二，停運主變一；投運主變一，停運主變二；一主二次側開關柜投運停運；二主二次側開關柜投運停運。這六大操作之間是并列關系，每次操作只能選擇其中一種，所以編寫五個子程序（由于投運主變壓器二、停運主變壓器一的操作的真值與投運主變壓器一、停運主變壓器二的操作的真值完全相同，這兩大操作可以共用一個子程序），利用子程序調用方式設計，可以跳過不執行的程序，縮

13、短程序執行時間，并且使程序結構清晰，修改、調試方便。子程序流程見圖7。圖7 操作順序報警程序流程圖3.3接地刀閘報警程序設計對接地刀閘的操作要求如下：當低壓設備正在維修時，必須合上接地刀閘，同時不能合上二次回路的刀閘或斷路器；當低壓設備正在運行時(指示燈亮)，必須斷開接地刀閘。以向泵房供電的回路為例：當泵房中的設備正在維修時，必須合上226D刀閘(I43)，并且226J刀閘(I40)、226K開關(I41)、226Y刀閘(I42)任一個都不能合上；當泵房中的設備正在運行時合上226J刀閘、226K開關、226Y刀閘，而且226D刀閘不能合上。其梯形圖邏輯如圖8：圖8 泵房接地刀閘報警梯形圖當M

14、000處于ON狀態時，模擬屏發出報警信號。其它接地刀閘報警電路的程序設計與此類似。4 結束語模擬屏控制系統除了如實反映真實的各種操作外，還具有對誤操作進行報警的功能。高壓供電系統的模擬屏控制系統對保障高壓供電系統正常運轉、生產正常進行有著不可估量的作用。該系統自運行以來，穩定可靠，效果良好，滿足了現代化水廠的要求。參考文獻:1. 袁任光, 可編程序控制器應用技術和實例. 廣州: 華南理工大學出版社, 19972. 可編程序控制器SZ34用戶手冊. 無錫: 華光電子工業有限公司3. SZSH系列編程手冊. 無錫: 華光電子工業有限公司作者簡介: 孫建國（1979），男，土家族，湖北長陽人，華中科

15、技大學控制科學與工程系碩士研究生，研究方向：信息獲取與信號處理；電話：-4;Email：;孔力（1956），男，漢族，湖北武漢人，華中科技大學控制科學與工程系博士生導師；鄭艷（1963），女，漢族，遼寧沈陽人，東北大學信息科學與工程學院副教授。Author resume: Sun Jianguo, male, Tujia nationality, born in Hubei Province in 1976, a postgraduate of Dept. of Control Science and Engineering in Huazhong University of Science and Technology, is engaged in the field of information acqu