基于ＡＢ ＰＬＣ的取水泵站自动控制系统设计 安裕强 ，杨中亚 ，王庭有 （１Ｉ昆明理Ｓ－大学机电工程学院，云南昆明６５００９３；２．贵阳铝镁设计研究院，贵州Ｉ贵阳５５００８１） 摘 要：介绍了国内某大型氧化铝厂给排水工程中取水泵站的自动控制系统。通过对该系统中设备 性能的研究，拟定了合理控制方案。控制系统基于ＡＬＬＥＮ—ＢＲＡＤＩ ＥＹ ＳＬＣ ５／ｏ５可编程控制器和ＲＳ Ｖｉｅｗ组态监控软件，该控制系统既保证了设备运行的正常可靠，又对设备运行性能进行了合理优化。 关键词：取水泵站；控制方案；ＡＢ ＰＬＣ系统 中图分类号：ＴＤ ８５３ 文献标志码：Ａ ＡＮ Ｙｕｑｉａｎｇ ，ＹＡＮＧ Ｚｈｏｎｇｙａ ，ＷＡＮＧ Ｔｉｎｇｙｏｕ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｉｎｔａｋｅ Ｐｕｍｐ Ｓｔａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＢ ＰＬＣ （１．Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００９３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｕｉｙａｎｇ Ａｌｕｍｉｎｕｍ—ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１，．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｗａｓ ａｂｏｕｔ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｉｎｔａｋｅ ｐｕｍｐ Ｓｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｎ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｐａｒｔ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ Ａｌｕｍｉｎａ ｒｅｆｉｎｅｒｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｔｈｏｓｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｗｅ ｃｈｏｏｓｅ ＡＬＬＥＮ ＢＲＡＤＩ ＥＹ ＳＩ Ｃ ５／０５ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ＲＳＶｉｅｗ ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｏｆｔ— ｗａｒｅ ａｓ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｍａｋｅ ｔｈｏｓｅ ｅｑｕｉｐｍｅｍｓ ｇｏｏｄ ｒｕｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｒｅｌｉａｂｌ６，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｔｈｏｓｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔａｋｅ ｐｕｍｐ ｓｔａｔｉｏｎ，Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ，ＡＢ ＰＩ Ｃ ｓｙｓｔｅｍ 在大型生产企业的给排水工程中，选取合理的 取水点及取水方案对于整个系统工程的配套而言是 非常重要的，而合理地设计取水泵站的控制系统，选 择高质量且稳定的控制设备更是关键。合理的设计 和选型既能满足生产、生活的需要，又能体现经济节 在对控制系统进行设计的时候，对关键设备设计ｒ 远程控制和就地控制２种控制模式，同时现场实时 的控制数据将通过工业以太网通信方式及数据服务 器采集和存储，集中传输到主监控室，通过操作员操 作上位ＩＰＣ（工控机）组态、界面对数据进行实时监 能的要求。本文介绍了国内某大型氧化铝厂给排水 工程中取水泵站的自动控制系统。 控和处理，并实现对现场设备的远程控制。 ２现场控制要求与工艺控制方案 ２．１现场控制要求 １ 取水泵站自动控制系统的设计要求 根据生产需要，该氧化铝厂选址于江边，因此设 计时选用的是岸边式取水泵站，直接利用潜水水泵 从江中取水，首级取水扬程为５Ｏ ｍ，日取水量根据 根据生产实际需要，采用就地和监控室远程操 作设备，并将现场设备工作情况的数据采集存入监 控系统，进行人工或智能闭环控制。根据现场设备 特点和工作方式，控制方式分为远程控制和就地控 制２种，其中远程控制又分为远程单机控制和远程 程序控制组控制。就地控制是指操作人员在生产现 场根据生产的要求和生产经验，人工单机控制设备。 远程控制是指操作人员在远程控制室内通过上位机 该氧化铝厂的设计年产能确定。取水泵站控制系统 关系到全厂给排水系统。 为保证系统运行的可靠性、稳定性、可控性和经 济性，根据本级取水扬程、日取水流量及距二级泵站 的距离等设计条件，本着经济节能的原则，该取水泵 站配有３台１Ｏ ｋＶ的高压电动机和１台６９０ Ｖ的变 画面对现场设备进行操作，既可以阜机控制，也可以 投入程序控制，根据ＰＬＣ程序来自动控制设备。 ２．２工艺控制方案 频电动机作为取水主泵。其中变频电动机作为调节 总流量的主泵，根据生产水量的要求灵活使用，调整 输送水量，达到最大的经济合理性。另配有相关辅 助水泵，完成如输水管道清洗、进水室、吸水室清洗 等相关辅助功能。 相比全厂其他生产系统，取水泵站位于较偏远 处，而且高压电动机和变频电动机的实时状态监控 取水泵站共有４套设备，其中３套设备包括１ 台高压泵、１个电动进口阀、１个电动出［＝ｒ阀和１个 电动止回阀。１套设备包括１台变频泵、１个电动进 口阀和１个电动出口阀、１个电动止回阀。４台泵对 应４个吸水室，吸水后通过２条主输水管送入二级 泵站。在２条主输水管上装有卸压阀，目的在于防 对于系统的安全和稳定十分重要。综合以上２点， ・６４・ 《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备 ２０１１年 第６期 止水锤效应。设计控制逻辑主要考虑如下。 １）程序控制启动 设备组的初始化信号是进口阀全开（开到位）， 联锁。 ４）其他各种保护联锁设计 在设计时，采用了启动联锁、安全联锁、保护联 止回阀和出口阀全关（关到位）。当ＰＬＣ收到阀门 的反馈信号后，系统初始化成功；否则，初始化失败。 系统初始化成功后，根据设备厂家提供的各设备整 定值，预定设备组自动控制过程总时间９０ Ｓ，其中根 锁和操作联锁来确保程控启动正常有效。 启动联锁在系统程控运行期间出现突发情况 时，允许现场操作员将系统置位于旁路控制，屏蔽程 控并手操设备排除险情，正常情况下启动联锁置位。 安全联锁用来对设备问的启停关系进行保护， 据其机电时间常数整定高压泵控制时问，达到稳态 时问为８～１０ Ｓ，在高压泵启动２ Ｓ后，启动出口阀 和止回阀。出口阀完全打开大约需要５０ Ｓ，止回阀 完全打开大约需要ｌＯ Ｓ。控制同时判断总出口阀所 处的状态，若总出口阀为全关状态，则自动开启总出 以保证系统中所有设备正常有效的工作。当安全联 锁置位后，说明系统的机械动作中不存在干涉问题， 可以正常启动设备；否则要初始化系统再程控启动。 保护联锁用来对关键设备进行保护，在取水泵 口阀；当总出口阀、出口阀、止回阀都不处于全关的 状态时，系统组自动控制成功，否则失败，停泵。 站的控制系统中，高压电动机属于关键设备，因此对 高压电动机设计保护联锁是很有必要的。 操作联锁用来确定关键设备在启动前相关保护 设备是否正常启动，在取水泵站的控制系统中，启动 高压电动机远控前，要确定就地箱是否处于远控位， 并且电动机保护器是否正常供电。 ３ 组态监控 系统的监控界面主要由几部分组成：各设备的 运行情况监控，系统中管道压力等参数的实时数据， 高压电动机的实时监控数据（电流、温度等），各个设 备的手操控制、报警记录和历史趋势图等。可实现 如下功能。 图１ 程控系统流程图 １）手动控制：实现一些特殊的工作模式。 ２）系统正常运行监控、非正常运行监控：系统 ２）高压异步电动机的启动方式 在自动取水设备运行过程中，为了减小高压泵 的启动负荷，减小启动电流对电网系统的冲击，要求 高压电动机闭、出口阀软启动。启动使用高压断路 所有设备工作状态和参数监控。 ３）设备动力控制：在监控界面上对现场设备的 供电或断电进行控制。 ４）历史趋势显示：对参数的历史趋势进行监 控。 器位信号，可以选择程控启动和单机手操启动。在 设备运行中，通过对其自身相关参数，如定子温度、 驱动端轴承温度、非驱动端轴承温度和电动机电流 等进行监控，也对电动机工作环境如水位高度等进 行监控。利用传感器输人这些模拟量，并与设定好 的计算值进行比较，来判断电动机是否处于正常运 行环境，保证设备运行稳定和状态可控。 ３）止匈阀与电动机的联锁 ５）数据记录：对所有工作站操作过程进行记 录，为处理违规操作提供依据。 ６）报警查询：对系统的运行报警历史进行记 录，确保系统安全运行。 ４ ＡＢ ＰＬＣ和ＲＳＶｉｅｗ在取水泵站控制系 统中的配置及应用 基于以上工艺方案的要求，本项目选择采用 ＡＬＬＥＮ—ＢＲＡＤＬＥＹ ＳＬＣ ５／０５可编程控制器，对 止回阀作为保护高压泵的关键设备，需要设计 止回阀和高压泵的联锁控制。在设计联锁时，使用 高压电动机断路器分闸位信号和止回阀的位置信号 联锁。高压电动机断路器分闸位信号消失，并且止 回阀没有完全打开时，延时止回阀开启；高压电动机 断路器处于分闸位，并且止回阀没有完全关闭时，延 取水泵站进行现场自动化控制和ＲＳＶｉｅｗ软件组态 监控界面控制，并利用ＡＢ ＬＣ和ＲＳＶｉｅｗ支持 ＯＰＣ协议的优点，实现了取水泵站的数据全厂级共 享和全厂级信息化的统一生产调度。ＡＬＬＥＮ— ＢＲＡＤＬＥＹ ＳＬＣ ５／０５是美国罗克韦尔公司生产的 时止回阀关闭。变频泵则根据其启停信号与止回阀 《新技术新工艺 ・数字技术与机械加工工艺装备 ２０１１年 第６期 ・６５・ 小型的、基于机架的、模块化的可编程控制器和输 入、输出模块，主要特点是。 １）全厂纵向组态的通信 利用内置的以太网接口及ＳＬＣ ５／０５内置集成 的以太网接口，可以方便地访问ＨＴＭＬ格式的监 １７４６一ＯＢ１６ ２４ＶＤＣ数字量输出模块３块和１７４６ ＩＢ１６ ２４ＶＤＣ数字量输入模块８块，根据配置模 ｃ９连接电缆进行通信。 表１ 系统配置表 块总数选择ｌ０槽机架２个，２个机架之间采用１７４７ ～控界面，监控生产数据，进行数搪获取、超级监控、程 序管理、统计质量控制、生产调度和材料跟踪等全厂 级信息化操作。 ２）设备级控制 ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ扫描器模块允许通过一根电缆连 接到一些“智能”设备。在本项目中利用Ｃｏｎｔｒｏｌ— Ｎｅｔ直接连接了液位检测的雷达、主输水管道的流 量计和清洗管道水泵的压力变送器等测量设备，大 大减少了电缆的敷设成本。 ３）良好的兼容性 为ＳＬＣ ５００增加一个远程输入、输出扫描器模 ４．２软件部分的构成 １）ＰＬＣ梯形图编辑使用ＲＳＩｏｇｉｘ５００软件编程 主要包括以下几个步骤。 块或者一个适配器模块，可以支持数字量或块传输 选项。容易在远程输入、输出网络上访问驱动设备、 人机界面、第三方产品以及众多的远程输入、输出兼 容性产品。此外，远程输入、输出链接简化了人机界 ａ．根据工艺设计控制方案。 ｂ．组态硬件。 ｃ．点表编辑和导人。 面如ＰａｎｅｌＶｉｅｗ的应用程序上传与下载。 ｄ．输入梯形图逻辑，离线编程，可在写入程序过 程中随时建立变量。 ｅ．模拟量的转换。 ４支持ＯＰＣ服务器协议。便于数据共享 ４．１硬件系统的构成 ｆ．建立Ｉ／Ｏ映射表。 ２）使用ＲＳＶｉｅｗ软件组态上位机画面 主要包括以下几个方面。 ａ．根据现场设备编辑画面。 根据现场要求和通信方式要求，选用支持 ＲＳ２３２和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信方式的ＳＬＣ５／０５ＰＬＣ模块， ＰＬＣ模块与上位机采用Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信方式，通过工 业以太网交换机进行通信。配置１７４６一ＮＯ４模拟 量输出模块１块、１７４６一ＮＩ８模拟量输入模块５块、 系统数据趋利－ ｌ 报事件警查询Ｉ询ｌ】豳 ｅ－ｖ● ｛ 睛豳 鲤 鲤 面Ｉ／ｌ：ｌ￣Ｉ 匿 岛劫ｒ＿已 操作允 ．１ 鹂ｐ 泵 豳 ｊ黼露豳 富隈护动 ．Ｉ 敛ｌ 墅．１冒革动 ：：． ：兰碧翌蛊革动 ：二蟹 ７．塑 冒王孙 釜竺 —一麓＝二 】 卓动鼬 匮 ｐ Ｉ 燃 ｌ 豳 Ｉ 图２监控界面 ｌ ４ ・６６・ 《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备 ２０１１年 第６期 车轮踏面激光淬火技术研究 邵泽宽 ，刘占功。 （１．西安铁路职业技术学院，陕西西安７１００１４；２．沈阳铁路局车辆检测所，辽宁沈阳１１００００） 摘 要：采用激光淬火工艺加工的车轮轮对踏面，车轮受热变形很小，热处理后的车轮不需要后续机 械加工就可以满足实际工况的需求，不仅可以有效地延长轮对的使用寿命和降低维护费用，还可以显著 提高轮对抵抗钢轨冲击和耐摩擦的能力。 关键词：车轮；激光淬火；热处理；轮对踏面 中图分类号：ＴＧ １５６ 文献标志码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｗｈｅｅｌ Ｔｒｅａｄ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ＳＨＡＯ Ｚｅｋｕａｎ ，ＬＩＵ Ｚｈａｆｆｇｏｎｇ （１．Ｘｉ＇ａｎ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００１４ Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ ｔｈｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｓｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｌｌ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｗｈｅｅｌ ｔｒｅａｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ，ｔｈｅ ｗｈｅｅｌ ｉｓ ｓｍａｌｌ，ｔｈｅ ｗｈｅｅｌｓ ｄｏ ｎｏｔ ｈｅａｔ ｕｐ ａｆｔｅｒ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｗｏｒｋｉｒ／ｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｆ— ｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｅｘｔｅｎｄ ｔｈｅ ｗｈｅｅｌ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｏｓｔｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ａｎｄ ｗｈｅｅｌ ｒｕｂｂｉｎｇ ａｇａｉｎｓｔ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｉｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｗｈｅｅｌ，Ｌａｓｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ，Ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，Ｗｈｅｅｌ ｔｒｅａｄ 随着我国铁路货运量的迅速增长，重载运输已 目前，各国在研究提高轮对使用寿命方面主要 成为铁路货运的主要业务之一。然而，大功率内燃 机车和电力机车的使用以及大轴重货车的投入运 营，列车质量的增加，导致轮轨接触应力随之增大， 车轮磨损日益严重，车轮的维修及更换周期大大缩 的方法有：提高钢材的含碳量、提高钢材的合金含量 及轮对的一般淬火等Ｌ１］。但是从效果看，这对提高 轮对的使用寿命极其有限，难以满足我国铁路行业 的发展。为此，本文介绍了采用激光淬火处理轮对 短，不仅使铁路运输成本增加，而且还对铁路运输安 全带来了一定的影响，为此提高轮对的使用寿命显 得极其重要。 踏面的工艺方法，可以显著提高轮对抵抗钢轨冲击 和耐摩擦的能力，在确保铁路运输安全的同时，使轮 对的检修费用大为减少。 ｂ．导入点表。 作。 ｅ．建立ＨＭＩ Ｓｅｒｖｅｒ。 ｄ．建立Ｄａｔａ Ｓｅｒｖｅｒ／０ＰＣ Ｓｅｒｖｅｒ。 ５ 结语 基于ＡＬＬＥＮ—ＢＲＡＤＬＥＹ ＳＬＣ ５／０５可编程 监控系统具有以下优点。 １）通过ＨＭＩ可以监视整个取水泵站的运行状 控制器和ＲＳＶｉｅｗ组态软件设计的取水泵站自动控 制系统和监控界面实时性强，运行可靠、稳定；其设 态，极大地整合了设备操作，提高了设备的运行稳定 性。 备层的ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ总线系统数据传输率高，电缆敷 设成本低、维护性好、经济节能。该系统自２０１０年 ３月投入使用以来，为该厂的顺利生产提供了重要 保障。 作者简介：安裕强（１９８５一），男，硕士研究生，主要从事机械电 子工程等方面的研究。 收稿日期：２０１０年１２月８日 ２）通过对设备各项参数的监控，最大程度地避 免了设备非正常损耗，提高了设备寿命。 ３）提高了整个系统的利用率，最大程度地节省 了人工成本。 ４）可对整个运输系统实现自动化控制，如果碰 到突发事件或有紧急任务，可以随时手动控制，实现 人工调度。 ５）对系统所有操作都有详细记录，避免违规操 《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究责任编辑２０１１年 第６期 吕菁 ・６７・