西門子S7-200在多臺潛水泵自動控制系統的應用
1 引言
化工廠、電子廠的漂染沖洗液或電鍍沖洗液等工業廢水為合乎排放要求，必須經過分離、沉淀等多級處理，使用污水潛水泵對此工業污水進行提升、匯集、調節等處理。PLC因其經濟性、靈活性可靠性而得到廣泛的應用，PLC的軟件可以完成以往傳統的接觸器繼電器式控制無法實現的控制功能，而且程序的編制修改靈活方便。西門子S7-200系列PLC因結構緊湊，編程簡單方便、指令豐富、功能齊全而得到廣大工程技術人員的喜愛，廣泛應用于各種中小型自動控制系統之中。
2 系統控制要求
系統要求控制5臺45kW的潛水污水泵輪換工作，并且具有故障自投、互為備用功能，以保證某臺水泵出現故障時，其它水泵能及時投入使用。水泵的啟停液位控制器使用浮球控制器5個，分為五級水位控制，每個浮球的高水位作為啟泵信號使用，低水位作為停泵信號使用。
3 系統設計
系統設計分為手動及自動控制系統兩部分，手動控制系統作為一種應急控制而存在，自動控制系統使用PLC實現。
3.1 自動控制系統設計思路
為實現多臺水泵的輪換啟停及故障自投功能，一個可行的設計方法是使用西門子S7-200系列微型PLC(CPU224)的入表指令(ATT)及先入先出指令(FIFO)，將5臺水泵作為一個隊列，當水泵運行或故障時出列，水泵故障排除或低水位停止時入列。例如，隊列中原來水泵的啟動工作順序為12345循環啟動，當3#泵故障時出列，水泵的啟動次序為1245循環啟動，當3#泵修復正常后，水泵的工作次序為12453循環啟動，如此類推， 如圖1所示。因此，我們將正常無故障的水泵作為一個備用泵隊列，將正在運行的水泵作為運行泵隊列，通過隊列中水泵的出入來實現水泵電機的循環啟動功能。
圖1 水泵的啟動次序
3.2 軟件設計特點
本控制系統中，5臺水泵的熱繼電器故障輸入及5個高水位信號輸入共10個輸入點，5個啟動水泵及一個報警輸出點共6個輸出點，西門子CPU224具有12個輸入點，10個輸出點，已滿足使用要求。
(1) 啟動信號:1#～5#高水位脈沖信號，共用信號，水泵啟動時代表水泵的隊列編號(1#～5#)從備用泵隊列中出列，同時此編號入運行泵隊列。
(2) 停止信號:1#～5#低水位脈沖信號，共用信號，此時水泵編號的轉移從運行泵隊列移至備用泵隊列
l 入列(入先進先出隊列):當高水位脈沖信號到達時，使用填表指令(ATT)入表;
l 出列(出先進先出隊列):當低水位脈沖信號到達時，使用先進先出指令(FIFO)出列。
(3) 故障出列:包括水泵運行或停止時出現故障時的出列，故障泵自動退出運行，并把下一臺未運行的正常泵作為備用泵，隨時等待啟動信號。
故障定義:空氣開關跳閘的輸出信號、電機熱繼電器過載。
(4) PLC的程序設計流程圖
圖2示出PLC程序流程圖。
圖2 PLC程序流程圖
西門子PLC具有良好的編程界面，對于S7-200的編程軟件STEP7 Micro WIN，各子程序及主程序是在編寫時獨立分開的，各個子程序可以定義為完成各種單獨功能的子程序，以主程序調用各個子程序，各子程序之間可以互為調用。在本系統設計中，各子程序的功能定義及分配如下:
l SBR0:初始化子程序;
l SBR1:備用泵初始入列處理子程序;
l SBR2:故障出入列處理子程序;
l SBR3:隊列移位處理子程序;
l SBR4:啟停泵處理子程序;
l SBR5:定時輪換處理子程序。
以1#泵出現故障為例，在SBR2子程序中，水泵故障及修復后出入隊列的部分程序如圖3，其中，參數IN1傳遞的為水泵備用隊列編號，參數IN2傳遞的為水泵運行隊列編號。
圖3 子程序SBR2
(5) 軟件編寫時應該考慮的問題
l 為防止水面波動引起浮球誤動作，增加延時2s判斷;
l 浮球故障引起的上下水位信號中有兩個或以上信號同時或短時間內接通，此時只接收一個信號，同時由PLC輸出報警，以便檢查故障;
l 因水泵啟動方式為Y/△啟動，要求電機完全啟動(即Y/△啟動轉換完畢)后第一水泵后才能啟動下一臺水泵，同時，為了減少電機啟動時對電網的沖擊，都不允許兩臺泵在短時間內相繼啟動，因此，需要對啟動兩臺水泵之間增加一個延時判斷，即如果在接收一個啟泵信號之后的一定時間內不能再接收第二個啟泵信號;
l 水泵的定時輪換工作。
4 結束語
本文介紹了多臺電機的輪換控制的一種實現方法，該系統由于采用西門子S7-200 PLC實現多臺電機的輪換工作及故障自動切換，使水泵工作時間均等，水泵電機壽命延長。由于該系統設計合理，自投入運行以來一直正常。
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