張西巍，儲招節(jié)，陸 勇，郭 明，羅以東

（安徽華菱星馬汽車（集團）股份有限公司 技術(shù)中心，馬鞍山 243061）

基于上位機和PLC的泵房多種控制解決方案及應(yīng)用

張西巍，儲招節(jié)，陸 勇，郭 明，羅以東

（安徽華菱星馬汽車（集團）股份有限公司 技術(shù)中心，馬鞍山 243061）

華菱汽車在新生產(chǎn)基地建設(shè)中在水泵房采用了上位機+PLC的自動化集中控制系統(tǒng)設(shè)計，并針對其內(nèi)多個系統(tǒng)不同的工藝和生產(chǎn)需求采用了不同的自動化控制解決方案，分區(qū)控制、集中管理，提高了系統(tǒng)的自動化程度，保證了所有設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)和工藝需要自動調(diào)節(jié)、控制，保證最佳運行狀態(tài)，方便統(tǒng)一調(diào)度和集中管理，實現(xiàn)無人值守，同時節(jié)約了能源，取得了較好的經(jīng)濟效益。

水泵房；上位機+PLC；多種解決方案；PID恒壓控制；壓力帶

0 引言

水泵房一直是重型汽車制造廠生產(chǎn)公用設(shè)施中一個重要的環(huán)節(jié)，以往的水泵房沒有集中控制系統(tǒng)，主要采用單一繼電器加接觸器的方式，由人工手動控制，這種控制方式自動化程度低，水泵的啟停及選擇切換等均需要人工完成，也做不到根據(jù)水位、壓力等參數(shù)自動啟停水泵；在管理上相當落后，水泵的管理、記錄和統(tǒng)計等都是手工完成，這已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)有設(shè)備安全穩(wěn)定運行、生產(chǎn)工藝要求及發(fā)展的需要，也極大的影響了水泵房系統(tǒng)的管理和經(jīng)濟效益的提高。

為此，華菱汽車在新生產(chǎn)基地建設(shè)中在水泵房采用了上位機+PLC+儀表、傳感器的自動化集中控制系統(tǒng)設(shè)計，并針對其內(nèi)多個系統(tǒng)不同的工藝和生產(chǎn)需求采用了不同的自動化控制解決方案，分區(qū)控制、集中管理，不僅有效的實現(xiàn)了資源共享，也提高了人員對設(shè)備的綜合調(diào)度能力，同時為公司信息化系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)采集依據(jù)，保證了所有設(shè)備根據(jù)生產(chǎn)需要自動調(diào)節(jié)和控制，保證了設(shè)備的最佳運行狀態(tài)，實現(xiàn)了無人值守，并確保安全運行。系統(tǒng)運行平穩(wěn)故障率低，也降低了運營成本和能耗，取得了較好的經(jīng)濟效益。

1 系統(tǒng)設(shè)計

水泵房自動化集中控制系統(tǒng)采用主控PLC+上位機的控制方式，由上、下位機組成主從式控制系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換，設(shè)自動、手動兩種基本操作模式。

下位機PLC作為主要邏輯控制單元，選用AB CompactLogix 1769-L35E PLC，完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判斷、邏輯控制和信號輸入輸出等功能；系統(tǒng)上位機選用DELL公司產(chǎn)品，通過連接主控PLC的通訊模塊，上位機能夠?qū)Ω鞅媒M進行聯(lián)鎖控制、集中顯示整個泵站設(shè)備的工作狀態(tài)、各系統(tǒng)的液位、壓力等參數(shù)及故障報警，完成采集數(shù)據(jù)信息的存儲、分析處理，并用于狀態(tài)和現(xiàn)場操作顯示、運行參數(shù)顯示及I/O狀態(tài)顯示等功能（如圖1所示）。二者結(jié)合實現(xiàn)了對水泵房系統(tǒng)的實時監(jiān)控，這種控制系統(tǒng)充分利用了上位機和PLC的各自特點，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，具有很高的性價比。

圖1 上位機界面圖

同時在現(xiàn)場電氣柜上配置操作按鈕、警報燈、狀態(tài)燈等電氣元件，根據(jù)實際情況或維修需要，可實現(xiàn)就地操作，大大提高了水泵房自動化系統(tǒng)運行的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)配備以太網(wǎng)交換機，系統(tǒng)數(shù)據(jù)能經(jīng)交換機通過光纖傳至中控室，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)控制對象為水泵，其中包含多系統(tǒng)的各類水泵，如消防水系統(tǒng)、焊裝循環(huán)水系統(tǒng)、涂裝循環(huán)水系統(tǒng)、空壓機循環(huán)水系統(tǒng)等，各系統(tǒng)之間相互獨立，每組水泵參數(shù)功率均不一致，工藝設(shè)計要求不同，啟動方式也略有不同，統(tǒng)一設(shè)計為：水泵功率小于18.5kW（不含18.5kW）的直接啟動，水泵功率18.5kW～37kW為星-三角起動，水泵功率37kW以上（含37kW）為軟起動器啟動，部分特別要求的采用變頻器方式啟動。每組泵體都配有獨立的閥門，管路經(jīng)分支后匯總成一個主管，當泵組中的一個管路或是泵體發(fā)生故障時，可繼續(xù)啟用其他相關(guān)泵組，而不至于給水中斷，導致末端設(shè)備停機（如圖2所示）。

2 控制方案

系統(tǒng)在自動狀態(tài)下，可實現(xiàn)無人值守，由上位機監(jiān)控顯示整體工作狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)顯示及設(shè)置等，PLC檢測水位、壓力、溫度等信號，自動完成各泵組啟停、水池補水及冷卻塔風機、噴淋泵啟停等操作，泵房內(nèi)每個系統(tǒng)都根據(jù)各自的工藝生產(chǎn)要求和工藝特殊性，采用了不同的自動化控制方案。

2.1 消防水系統(tǒng)控制

消防水系統(tǒng)是整個泵房所有泵組中要求最高、相對復雜的系統(tǒng)，由獨立的消防水池、超聲波液位計、穩(wěn)壓泵（2臺）、消防主泵（2臺）、壓力傳感器、電接點壓力表、變頻器等組成。

系統(tǒng)采用了2套自動控制模式，正常情況下，系統(tǒng)采用PID恒壓控制模式控制穩(wěn)壓泵和主泵，PLC通過管道壓力傳感器的反饋，利用變頻器控制穩(wěn)壓泵，恒定管道壓力在0.82MPa，如果出現(xiàn)壓力低于0.72MPa，PLC再啟動主泵進行補壓（如圖3所示）；當壓力傳感器或PID控制故障時，PLC自動切換到利用電接點壓力表上下限壓力帶的方式來控制管道壓力；另在自動控制模式失效的情況下，還可以通過現(xiàn)場或者遠程手/自切換開關(guān)將系統(tǒng)轉(zhuǎn)為手動控制，這樣就完全保證了消防系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

圖3 PID恒壓控制系統(tǒng)圖

系統(tǒng)還采用二路供電，兩套系統(tǒng)對立供電方式控制，設(shè)雙電源自動切換裝置。當一路供電故障或斷電時，另一路自動切換投入工作。

2.2 焊裝循環(huán)水系統(tǒng)

焊裝循環(huán)水系統(tǒng)主要用于焊機的冷卻循環(huán)水，支管多、水質(zhì)要求高，采用閉式水循環(huán)系統(tǒng)，即循環(huán)水管路為封閉的，使用純水作為介質(zhì)，僅通過閉式冷卻塔冷卻（不設(shè)水池），由臥式循環(huán)水泵（3臺）、電接點壓力表、軟啟動器等組成。

圖4 焊裝循環(huán)水控制系統(tǒng)圖

這三臺主泵設(shè)定為兩用一備，按時間順序互為主從，均通過軟啟動器啟動，采用電接點壓力表上下限壓力帶方式控制，即系統(tǒng)管道壓力控制在0.35MPa～0.25MPa之間，當實際值低于0.25MPa時，系統(tǒng)啟動1臺泵至工頻，如果壓力仍然不夠，系統(tǒng)會自動啟動后續(xù)的1臺泵，直到壓力值達到或超出上限壓力，系統(tǒng)則逐步停止后面的泵?？諌簷C循環(huán)水系統(tǒng)也采用了同樣方式（如圖4所示）。

2.3 涂裝循環(huán)水系統(tǒng)

涂裝循環(huán)水系統(tǒng)主要用于車間內(nèi)設(shè)備空調(diào)冷卻循環(huán)水，采用開式循環(huán)系統(tǒng)，即循環(huán)水管路經(jīng)過循環(huán)水池和橫流式冷卻塔，使用市政用水，由立式循環(huán)水泵（2臺）、電接點壓力表、軟啟動器等組成。

組內(nèi)兩臺主泵設(shè)定為一用一備，按時間順序互為主從，均通過軟啟動器方式啟動，采用電接點壓力表上下限壓力帶方式控制，即系統(tǒng)壓力控制在0.4MPa～0.3MPa之間，當實際值低于0.3MPa時，系統(tǒng)啟動1臺泵至工頻，管道主管壓力上升，直到壓力值達到或超出上限壓力，系統(tǒng)停泵，如一直未能滿足壓力要求，系統(tǒng)水泵一直運行。

2.4 其他功能

冷卻塔啟停：PLC根據(jù)工藝生產(chǎn)所需設(shè)定溫度進行冷卻塔自動啟?？刂疲鐚嶋H溫度值高于設(shè)定值，則逐步增加冷卻塔的開啟數(shù)量，如實際值低于設(shè)定值，則逐步減少冷卻塔的開啟數(shù)量；控制冷卻塔時，會同時控制其進水管道閥門的開啟和關(guān)閉，要與循環(huán)水泵的開啟互為聯(lián)鎖關(guān)系；其中閉式冷卻塔還依據(jù)管道溫度情況，適時自動啟停噴淋泵以增強冷卻效果。

液位控制：通過超聲波液位傳感器對各水池液位進行實時監(jiān)測，當水池液位處于低液位時，調(diào)節(jié)氣動閥門的開關(guān)，自動補水，使水位控制在相應(yīng)液位值區(qū)。當水池液位低于警戒值時，停用所有水泵，并進行聲光報警。

水泵運行管理：根據(jù)水泵運行時間平衡原則，自動實現(xiàn)水泵的輪換工作，避免同一水泵長期使用，而其他水泵閑置，延長水泵運行壽命。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)在華菱汽車新生產(chǎn)基地中的實際應(yīng)用，完全改變了原有的水泵手動控制、管理落后、信息傳遞不暢的局面，基于上位機+PLC的自動化系統(tǒng)運行多種控制方案控制靈活，根據(jù)各工藝生產(chǎn)的不同需求自如分系統(tǒng)獨立控制、集中管理，編程、修改、調(diào)試方便，大大縮短了調(diào)試時間，提高了系統(tǒng)的自動化程度，降低了硬件的復雜程度，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，故障率低，提高了運行效率，實現(xiàn)了無人值守，降低了運營成本，提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，方便統(tǒng)一調(diào)度和集中管理，節(jié)約了能源，取得了較好的經(jīng)濟效益，水泵房自動化集中控制多種解決方案也成為現(xiàn)代化汽車制造企業(yè)規(guī)劃建設(shè)的發(fā)展趨勢。

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A variety of control solutions and application of pumping station based on host computer and PLC

ZHANG Xi-wei, CHU Zhao-jie, LU Yong, GUO Ming, LUO Yi-dong

TB495

：B

1009-0134(2017)03-0032-03

2016-11-30

張西?。?987 -），男，安徽馬鞍山人，工程師，本科，主要從事汽車工廠機電自動化控制系統(tǒng)及工廠信息化系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)。