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1 引言
深圳某泵站位于深圳水庫庫尾，供水規模為50萬m3/d，投資金額近2百萬，是為解決寶安區中西部片區供水水源不足而新建的應急工程。該泵站有3套機組，均為異步電動機，其中2套作為工作機組，1套作為備用機組。總裝機2000kw，設計流量5.79m3/s，設計揚程16.4m。電氣主接線為10kv供電系統專線。電氣及自動化控制系統按3套工作機組設計，全微機控制，實現無人值班，少人值守。
泵站的控制系統采用施耐德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，具有強大的浮點運算能力。配套的編程軟件PL7 Pro可以用指令表、梯形圖，結構化文本等語言編程，允許用戶創建自己的功能塊（DFB）和圖形的運行畫面。控制柜上采用專門面向PLC的MT500系列觸摸屏人機界面，配套編程軟件為EasyBuilder500。上位機操作系統采用微軟的Windows 2000 Professional，應用軟件為國產的組態王6.5。控制系統主要分兩部分：機組部分和公用部分。本文主要介紹機組部分。
2 系統方案
系統方案如圖1所示。機組高壓柜和電容饋線柜中裝有ALSTOM智能保護裝置，可將I/O參數通過MODBUS總線傳輸到PLC中。機組和輔助設備的各狀態接點和控制接點接到PLC上。數據經過PLC處理后，通過串口通信送到觸摸屏顯示，通過以太網傳輸給上位機。現階段，工作人員通過觸摸屏實現開停機組、開停輔助設備和開關蝶閥的操作。
圖1 泵站機組控制系統圖
3 系統的主要功能和具體實現
為便于介紹，下文以1#泵機組為例。根據泵站控制的工藝要求和系統特點，本控制系統主要實現報警、機組啟停、機組輔助設備及蝶閥控制、數據處理和通訊等功能。
3．1報警功能
高壓柜和電容饋線柜出現事故和故障、輔助設備出現故障的時候，PLC有專門的輸出接點指示。同時，觸摸屏上彈出事故和故障報警界面，等待工作人員處理。高壓柜、風機等設備的事故作用于停機。
3．2機組啟停
工作人員在觸摸屏上按了開機或停機鍵以后，PLC將自動完成開停機過程。當有事故發生時，PLC完成事故停機過程。機組啟停流程如圖2和圖3。
圖2 泵開機流程
圖3 泵正常停機和事故停機流程
3．3機組輔助設備及蝶閥控制
機組輔助設備主要包括電機風機和稀油泵，蝶閥包括進口蝶閥和出口蝶閥。在機組啟停流程圖中可以看出，機組啟停的流程包含了對機組輔助設備及蝶閥的控制。此處另設的控制程序，為針對單個設備的手動控制，便于機組控制系統的安裝與調試。
3．4數據處理功能
根據系統需要，PLC處理的模擬量包括泵組進口壓力和出口壓力、電機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，為0.5s。本文為數據處理自己定義了一個功能塊（DFB），輸入信號包括功能塊復位（EBOOL型）、模擬量通道地址（WORD型）、采樣次數（WORD型，本文定為10次）、采樣周期脈沖（EBOOL型，由定時器實現），輸出信號為模擬量信號在通訊輸出緩沖區中的地址。數據處理程序不是簡單的求平均值，而是先將數據依次賦值給功能塊的公用變量，然后將10次的采集結果求和，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，其對應的地址即為該值在輸出緩沖區中的地址，便于觸摸屏采集和顯示。
3．5通訊功能
現階段，本系統的通訊主要包括兩部分：與觸摸屏的串口通訊；與智能保護裝置的MODBUS總線通訊。
觸摸屏MT500是專門針對PLC的人機界面，其集成了包括施耐德、西門子、三菱等幾十種PLC的串口通訊程序，與PLC的通訊只需要進行簡單的組態操作即可實現。本文在EasyBuilder500中將觸摸屏系統參數中的PLC類型設置為TELEMECANIQUE UniTelWay，即施耐德PLC。通訊參數包括：RS－485、波特率9600、數據位8、無校驗位、停止位1。PLC上也進行同樣的設置。然后觸摸屏在編制界面時，將控制信號和顯示信息的地址填寫為PLC輸出緩沖區中對應的地址，即實現了通訊。
MODBUS通訊協議是施耐德公司設計的一種用于工業控制的主從結構式串口通訊協議，可用于實現簡單的主從結構式網絡監控。該協議具有兩種傳輸模式：RTU模式和ASCII模式。本文采用的是RTU模式，其報文格式如圖4所示。
圖4 MODBUS協議RTU模式報文格式
它沒有起始位和停止位，而是以至少3.5個字符間隔時間（T1－T2－T3－T4）標志開始和結束。信息幀由地址域、功能域和CRC校驗域構成，所有字符位由16進制數組成。本系統中PLC為主站，高壓柜為從站1，電容饋線柜為從站2。PLC以輪巡的方式訪問從站，讀取數據。PLC通過MODBUS訪問從站的指令為READ_VAR，參數包括網絡號、從站地址號、數據類型、數據首地址、數據個數、接收緩沖區地址和大小等。由于CRC校驗是以Byte型數據為基礎，而PL7 Pro編程軟件絕大多數指令不支持Byte型數據，因此本文在執行CRC校驗前設有專門的子程序將Byte型消息段轉化為高8位為16進制數00的WORD型數據段。本文的CRC檢驗子程序流程如圖5所示。
圖5 CRC校驗子程序流程
4 結論
本系統的就地計算機測控層部分已開發完畢，即將在現場進行安裝和調試。在程序的編制過程中，為下一階段上位機監控層的實施也做好了充分的準備。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號