新疆某引水工程的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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在新疆的建設(shè)與發(fā)展中，水資源歷來是最大的制約因素，在可持續(xù)發(fā)展的條件下合理利用現(xiàn)有的水資源一直是學(xué)者和專家研究的熱點(diǎn)。庫爾勒經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)于2007年成立，規(guī)劃面積為140平方公里，它作為庫爾勒市甚至巴音郭楞蒙古自治州工業(yè)崛起的脊梁，將帶動天山南坡經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展，但庫爾勒氣候干旱，水資源匱乏成為開發(fā)區(qū)發(fā)展的瓶頸。新疆某引水工程正是出于對經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)平衡的雙重考慮，于2009年初開始施工建設(shè)。
引水工程中的重點(diǎn)在水源附近的泵房，其功能是把水源中的水抽進(jìn)長達(dá)6.02公里的混凝土管道，保證水順利到達(dá)開發(fā)區(qū)內(nèi)。取水點(diǎn)與開發(fā)區(qū)之間的高度差約為40米，使得抽水所用的水泵功率為1250KW才能滿足動力要求，而且，泵房停機(jī)時的回水壓力巨大，如沒有科學(xué)的控制與管理系統(tǒng)，會造成管道損壞，威脅管理人員的人身安全[1][2]。本文通過目前先進(jìn)的工業(yè)現(xiàn)場控制方案，解決了上述問題，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的和諧發(fā)展。
1 泵房的系統(tǒng)構(gòu)成
1.1 系統(tǒng)設(shè)備介紹
泵房的基本構(gòu)成如圖1所示，為了保證系統(tǒng)工作的工作效率和穩(wěn)定性，采用了2條并行的輸水線路選擇性的工作。同時，在水源的水進(jìn)入抽水系統(tǒng)前，經(jīng)過一個過濾池，去除水中存在的各種雜物，保證系統(tǒng)工作時的安全。
水泵所用電機(jī)功率為1250KW，額定電壓10KV，電機(jī)使用軟啟動柜進(jìn)行分段啟動；5個調(diào)節(jié)閥選用上海斯托克公司SK系列閥，驅(qū)動電壓為380V或220V，控制信號與遠(yuǎn)程閥位的反饋信號均為標(biāo)準(zhǔn)的4—20mA電流；出水閥前端各有一個起保護(hù)作用的單向閥，合并管道前端有泄水管道及泄水的單向閥；水泵與出水閥之間還安裝有重慶川儀的PDS423壓力變送器，監(jiān)視管道內(nèi)的壓力變化。
圖1泵房的系統(tǒng)構(gòu)成
1.2 系統(tǒng)工作要求
針對第一條工作線路來說，1#電機(jī)啟動時，首先調(diào)節(jié)1#進(jìn)水閥全開，1#出水閥全關(guān)，然后1#電機(jī)動作，水泵隨電機(jī)啟動開始工作，管道內(nèi)開始進(jìn)水，管道內(nèi)水壓增大，當(dāng)壓力變送器檢測到水壓值達(dá)到0.65MPa時，1#出水閥開始打開，直至全開；1#電機(jī)停止時，1#電機(jī)首先停止工作，20秒延時后，1#出水閥開始關(guān)閉，直至全閉，1#出水閥完全關(guān)閉后，1#進(jìn)水閥開始關(guān)閉，直至全閉。2#電機(jī)的動作條件和程序與1#電機(jī)相同，但需要注意的是，1#電機(jī)與2#電機(jī)啟動的時間間隔為30分鐘，1#電機(jī)與2#電機(jī)停止的時間間隔為20分鐘，如果其中一臺電機(jī)單獨(dú)工作，可以隨時啟動或停止。
2 泵房的控制系統(tǒng)搭建
泵房安全狀態(tài)受到設(shè)備工作情況的影響，選擇控制器的重點(diǎn)在于其工作的穩(wěn)定性，經(jīng)過多方面的比較，決定采用西門子公司的S7-200PLC作為控制核心。S7-200PLC是西門子公司開發(fā)的小型可編程控制器，可以單機(jī)控制，也可以進(jìn)行模塊的擴(kuò)展，屬于整體式結(jié)構(gòu)。它價格低廉、結(jié)構(gòu)小巧、可靠性高、運(yùn)行速度快，有極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時特性，具有很高的性價比。CPU選擇了224XPCN，該CPU集成有14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點(diǎn)；數(shù)字量擴(kuò)展模塊選擇了EM223，該模塊有8輸入/8輸出共16個數(shù)字量I/O點(diǎn)；模擬量模塊選擇了EM235，該模塊有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出[3]。上位的人機(jī)界面選擇了兩種方式，一是工控計(jì)算機(jī)，二是觸摸屏。
整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
PLC控制高壓軟啟動柜，從而達(dá)到啟動或停止電機(jī)的目的，同時把電機(jī)的狀態(tài)信息傳回至上位機(jī)和觸摸屏；安裝在管道上的壓力傳感器的信號和調(diào)節(jié)閥的閥位信號通過防干擾的信號隔離器，進(jìn)入EM235模塊，通過模塊間的排線將信息傳送到CPU中。
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