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1、东北大学继续教育学院0909届毕业设计（论文） 毕业论文题 目 PLC和组态软件在凤凰颈排灌站自动化改造中的运用 学院名称 东北大学继续教育学院 专业班级 机电一体化（0909） 学生姓名 黄 振 勤 学 号 C65650209090010 起讫日期 2011年7月11日2011年10月23日 设计地点 安徽省凤凰颈排灌站机电科 指导教师 李 虎 PLC和组态软件在凤凰颈排灌站自动化改造中的运用摘 要安徽省凤凰颈排灌站是巢湖流域综合治理的水利骨干工程，也是我省规划兴建的引江济淮、南水北调的龙头工程，是一座国家级大型泵站。站内安装6台直径为3.1米的立式轴流泵，配套六台同步电机，总装机容量1.4
2、8万千瓦，设计机排流量为240立方米/秒，机灌流量为200立方米/秒，自流排、灌流量为380立方米/秒。受益范围涉及合肥市、巢湖市及其附属的肥东、肥西、居巢区、庐江、无为、和县含山、及六安市的舒城县等，总面积近400万亩。自1990年基本建成以来，汛期开机排洪7次机组累计运行20572台时，机排洪水29.62亿立方米，自流排涝48.39亿立方米，自引江水38.14亿立方米，总计排引江河水116.15亿立方米。为保障巢湖流域人民生命财产安全及经济社会发展发挥了重要作用，创直接经济效益近50亿元。本文介绍了从凤凰颈排灌站自动化改造的角度出发，在泵站原有控制系统的基础上，采用ABPLC为现地控制单元
3、的核心部件，以自动化仪表来实现系统模拟数据采集，采用工业液晶显示计算机作为监控系统的操作平台，以组态王（组态软件）为现地控制单元的控制界面的泵站单机的自动化控制系统。初步实现了本站单机组的自排、自灌、机排、机灌四种运行方式的自动化。保留了原有的基础电气控制系统，降低了系统实现的成本，采用现场手动现地控制单元自动的双级控制系统，提高了运行的可靠性、稳定性。选用了模块化的PLC，提高了系统的可扩性和互换性。系统采用快速原型模型开发，运用AB-PLC5专用的指令系统和组态王专用的可视化编程方式，在开发中不断完善系统功能，从最大程度上实现了与用户要求的统一。关键词：PLC, 组态软件, 专用语言，自动
4、化改造，动态显示，流程控制目 录引 言I一 背景1二 系统的构架与平台1三 系统的主要功能模块1四 系统的特点1第一章 绪 论21.1 现行系统简介21.2 用户的需求分析2第二章 总体设计（系统设计）32.1 系统结构32.2 PLC用户程序模块划分及功能32.3 PLC用户程序结构32.4 组态软件模块划分及功能3第三章 详细设计43.1 系统主界面设计43.2 I/O点估算43.3 系统组件选择43.4 PLC I/O地址分配53.5 组态软件变量与PLC地址对应关系53.6 PLC模块设计6第四章 系统部分实现84.1控制命令的执行84.2闸门开度控制的实现9第五章 结束语12致谢13
5、参 考 文 献14附 录：PLC梯形图15引 言一 背景国内水利系统的泵站大多兴建于七八十年代甚至更早，其机组的自动控制系统属于传统的电气控制系统，采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，而且经过长期的运行后机组运行和维护的费用不断增大，所以继电器控制系统正逐渐被淘汰。如何适应现代化泵站的管理要求，如何降低运行和维护的成本，如何更加可靠、稳定地运行是一批老泵站亟待解决的问题。随着计算机科学的不断发展和自动控制技术的不断推广，PLC和组态产品在全国各行各业得到了广泛的应用，也为本站实现自动控制提供了可靠的依据。二 系统的构架与平台本文选用罗克韦尔自动化公司的SLC500
6、小型PLC和北京亚控的组态软件组态王作为自动控制的实现平台，操作系统采用的是Windows9x及更高版本的图形操作系统，PLC编程软件采用RSLogix 500和RSLogix服务器软件，监控软件采用组态王专用可视化编程软件和ABPLC通讯驱动程序。 三 系统的主要功能模块 自动开机方式功能 系统手动控制功能 闸门开度控制功能 故障、事故报警功能四 系统的特点本站原先的自动化系统采用继电器逻辑控制，故障率高，所需继电器现已淘汰，大多没有厂家生产，维护费用高。机组运行时需要每个岗位由专人值班，运行成本大。自动运行方式工作时没用运行进度显示，故障部位显示，即自动运行时处于不可控制的方式，自动运行的
7、成功率不高。所以已不符合现代化泵站管理的需求。本系统采用“无人值班，少人值守”的控制原则，以PLC为现地控制中心，以工控机为操作平台的计算机监控系统。利用组态王的图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。通过对现场数据的采集处理。以动画显示、流程控制等多种方式，向泵站自动化改造提供解决问题的具体方案。本系统采用了软件工程的设计思想，结构上具有灵活的扩充性，功能上易于删减。第一章 绪 论1.1 现行系统简介本站的采用X形双向流道(见图1)，通过闸门的控制，把长江、内河高水位差时的电机启动高负荷转变为启动低负荷（接近空载运行），同时实现了灌溉和排涝的双重任务。 本站的主要功能：a.机灌：开机流程
8、如图2所示。b.机排：开机流程如图2所示。（上述两种方式关机时流程逆转。）c.自排、自灌：通过同时开启闸门1、3或闸门2、4利用两侧水位差来进行排灌。1.2 用户的需求分析我通过不断地和排灌站的机电工程师的沟通，对用户需求逐步改善，最终确定的用户需求如下：1.在监控工控机上能实现泵站的基本功能，即灌溉、排涝开停机（根据自动流程控制运行泵站的各部件），主机开关的单开、关，闸门的单开、关、停和辅机系统（供水泵、主机风机等）的开、关控制。能显示机组运行时的相关参数和各相关部件的运行状态。2.能实现对闸门的开度控制。（按输入要求控制闸门开度）。3.对自动开机时应检测其各子系统的状态，如自动开机条件不允
9、许，能显示不允许系统的名称。4.当自动关机过程中出现故障，能显示故障部位，操作人员可根据实际情况选择等待或停止流程的操作。5.当自动开机条件不满足时，可以在监控工控机上手动操作操作各子系统，实现在监控机上的手动操作。6.在机组运行时如出现故障，系统应能显示其故障部位。7.在机组发生事故时能锁存事故信号，故障排除后手动复位。8.当发生事故停机时，能自动跳闸并关闭机组的所有闸门，防止因两侧水位差大而引起的水流倒灌和机组倒转。9.监控系统应有权限控制，对没有操作权限的人员，不能进行任何操作。10.如监控系统出现暂不可恢复的故障时，能通过手动方式操作各系统，保证系统的可靠性第二章 总体设计（系统设计）
10、2.1系统结构系统总体结构如图3所示。PLC与工控机的组态软件的通讯通过AB-PLC自带的232串行接口，基本满足监控系统的实时控制要求。开关节点输出采用中间继电器作为触点电压等级和触点容量的扩展。2.2 PLC用户程序模块划分及功能主控模块：实现监控工控机对PLC的命令转换，延时复位控制参数等。输入转换模块：接收各种输入的开关量、模拟量信号，并把其中的开关“位”信号转换成整数文件形式。输出模块：对程序中所使用的对机组的控制命令（输出）集中处理。故障事故处理模块：对程序中所出现的故障，事故信号进行转换、处理和故障事故复位、机组状态复位等。闸门开度控制模块：比较监控系统传送来的闸门开度，选择适当
11、的闸门控制操作。自动开机方式选择模块：按照多种开停机方式的自动流程控制机组的运行。2.3 PLC用户程序结构由于PLC的工作方式是自上而下、从左到右循环执行梯形图的各个用户命令，所以程序结构大体为顺序循环结构，如右图所示。（闸门开度控制4个模块和机组自动运行4个模块为调用是子程序，程序未调用时系统扫描不执行此子程序。）2.4 组态软件模块划分及功能登陆界面：用于用户权限控制，显示用户的使用权限。运行主界面：动态显示机组各部位的运行情况和用户权限，显示系统各相关参数，并可根据各子系统的相对位置，调用系统操作的各子菜单。显示系统出现的事故报警、预警信号、自动允许状态的总信号，并可调用其菜单，明确故
12、障位置。运行方式选择菜单：控制机组的各种自动运行方式和主机开关的控制。闸门操作菜单：对闸门进行开、关、停和开度控制。辅机控制菜单：供水泵和风机的控制事故报警菜单：闪烁显示事故的位置，并可对锁定的故障信号解锁。故障预警菜单：闪烁显示故障的位置。复位菜单：当系统出现运行故障时，中断自动控制流程，恢复到原始状态。闸门开度归零菜单：校验闸门开度值。即在闸门全关时开度归零。第三章 详细设计3.1 系统主界面设计3.2 IO点的估算：系统的输入点：闸门：开、闭、全开、闸门开度、两侧闸门电源信号18个 主辅机： 供水泵、主机风机、上、下油盆油位允许信号，4个励磁、主变、站变、主电机保护系统允许信号，4个，主
13、机开关、供水泵、主机风机、电热状态信号4个故障信号:主电机、主变、站变、励磁系统动作、故障信号7个，（共计37个）模拟量： 冷却水压力，泵站两侧水位3个（共计3个）系统的输出点：闸门：开、关、停控制 12个主辅机：主电机开关、供水泵开关控制，主机风机开关控制，共5个（共计17个）3.3 系统组件选择：考虑到系统以后的扩展应用，故而选择PLC时增加了大量的备用节点。框架：模块式SLC500 1746-A7 7-Slot Rackcpu： 1747L541 一个模入：1746-NI4 一个开入：1746-IB32 二个开出：1746-OW16 三个模拟量输入采用压力变送器和超声波液位仪输入4-20
14、mA的电流信号到PLC的模拟量输入模块。3.4 PLC I/O地址分配输入地址：输入名称逻辑地址对应整数文件输入名称逻辑地址对应整数文件1号闸门开状态I:2/ON7:1供水泵状态信号I:3/16N7:31号闸门关状态I:2/1风机状态信号I:3/172号闸门开状态I:2/8电热运行状态信号I:3/202号闸门关状态I:2/9主机开关状态I:3/223号闸门开状态I:2/16主变保护动作信号I:3/18N7:43号闸门关状态I:2/17站变保护动作信号I:3/194号闸门开状态I:2/24励磁保护动作信号I:3/214号闸门关状态I:2/25主机保护动作信号I:3/23长江侧闸门电源I:2/12励磁风机故障信号I:3/24内河侧闸门电源I:2/28励磁失压信号I:3/25供水泵允许I:3/0N7:2励磁融丝断信号I:3/26主机风机允许I:3/11号闸门开启高度I:2/3N7:11上油盆油位允许I:3/22号闸门开启高度I:2/11N7:12下油盆油位允许I:3/33号闸门开启高度I:2/19N7:13
