泵站自动化系统的应用

2012•2（上）《科技传播》92应用技术AppliedTechnology泵站自动化系统的应用吴爱春阿城继电器股份有限公司，黑龙江哈尔滨150302摘要介绍ARB8000泵站自动化系统在泵站系统中的开发应用，并且详细阐述了泵站综合自动化系统的系统特点及构成，并举出了相应的实例。关键词可编程控制器（PLC）；泵组自动化系统；遥控操作中图分类号TM77文献标识码A文章编号1674-6708（2012）60-0092-020引言泵站自动化系统是泵站综合自动化系统的一个组成部分物。我公司的ARB8000泵组自动化系统主要完成对水泵导叶、励磁系统、断路器、蝶阀、油压装置、空气压缩系统、冷却水系统、冷却水滤过器及排污阀和供水阀、轴密封冷却水滤过器、制动闸等设备进行程序控制，从而实现泵组的起机、停机等自动控制及调节功能，而且通过泵站层监控微机能实现机组所有控制设备的遥控操作。对于多台机组泵站的油压装置、空气压缩系统、集油箱油泵、渗漏排水泵、顶盖排水泵一般在公共控制屏上采用PLC控制。1特点1）采用国际著名厂商的可编程控制器和出口中间继电器，可靠性高，抗干扰强，可在恶劣环境下长期稳定地工作；2）可扩展性强，当现场设备控制方式改变时，可方便地修改控制方式和扩充控制设备I/O；3）可维护性强，系统有较强的自诊断性，当系统出现故障时，自动给出故障类型和故障部件，并自动退出故障设备的运行；4）实现泵组的自动控制与操作，减轻运行人员的劳动强度，提高操作的安全性，增强系统的稳定性；5）自动采集现场的各种状态开关量和模拟量，通过以太网或现场总线送往当地控制主站供存储和打印及同上级调度系统交换信息；6）可控制常规或微机励磁；7）可与当地控制主站配合实现泵组的“三遥”功能。2分类按程控器个数分为单机型、双机热备型两种；按控制类型分为中控室集中控制、就地分散控制两种。3构成及功能泵组自动化系统由泵组控制屏、辅机控制屏、公共设备控制屏等组成。3.1泵组控制屏泵组控制屏由泵组保护测控、温度巡检装置、可编程控制器、出口中间继电器、常规显示仪表、控制开关、信号灯、直流电源装置等组成，如果需要可配一体化工控机，便于实现网络化。3.2泵组控制泵组控制分为手动或自动分段程序操作，可以实现起动准备、开蝶阀、开导叶、加励磁、正常停机等功能。当操作人员现地或远方发出启机命令后，首先检查机组是否满足启机条件，如果启机条件不满足，则给出现地信号和远方信号，操作命令自动撤消，当起机条件满足时，程序按步骤执行，控制励磁投入运行。当某一元件发生故障使操作程序不能继续执行时，则发出信号，定位故障，操作命令自动撤消。4可编程控制器PLC可编程控制器（简称PLC）是直接对生产过程进行控制的控制系统，按照在PLC机存贮器内存贮的程序，PLC从所连接的输入设备上采集数据，然后再利用这些数据监控被控制的系统。当程序要求进行控制时，PLC机就把控制数据输出到所连接的控制设备上，使控制设备完成相应的功能。PLC不仅可以完成简单、重复的控制任务，而且通过通讯模块和上位计算机相连，还可以对一个复杂的控制过程实现集中控制。4.1功能泵站机组程序控制装置采用可编程控制器PLC为控制主机，PLC系统由CPU模块、通讯模块、存贮器卡、I/O模块、AD/DA模块、电源模块、机架、编程设备等构成。可实现机组起停、断路器及辅助设备的控制。4.1.1开关量输入开关量输入信号包括控制操作信号（如程序选择开关、实施按钮、停机、事故停机等）和现场传感器信号（如流量、压力、液位、温度、位置及其它设备行程开关信号等）。4.1.2开关量输出由PLC模块输出的大部分信号需经过中间继电器隔离扩展后，分别去蝶阀、励磁、制动闸、吸尘器、冷却水、空压机、油压系统等设备控制箱，并发出起停等控制信号。4.1.3通讯功能利用通讯口RS-422/485、CANBUS或以太网，机组起停控制的全过程直接从上位机读出、操作、记录、打印。4.2PLC的特点1）可靠性高，平均无故障时间（MTBF）不小于3×104h；2）抗干扰能力强，可在恶劣环境下正常工作；3）输出可不加中间环节，直接控制电磁阀和接触器；4）采用梯形图编程，易于掌握；5）体积小，模块化结构，易于扩展；6）可与上位计算机通讯，构成计算机监控系统。4.3应用实例由于PLC种类很多，现仅以施耐德公司的Quantum系统为例对自动化系统做以简要说明。ModiconTSXQuantum系统是具有数字量处理能力的专用计算机系统。Quantum具有模板化、可扩展的体系结构，用于工业和过程控制。它包括Quantum系列CPU、I/O模板、I/O接口、通讯模板、AD/DA模块、存储器卡、电源和底板等。CPU是位于Quantum本地I/O底板上的一个CPU模板。CPU是一种数字化的电子操作系统，它使用用户保存在可编程存储器中的指令进行操作。这些指令用于实现一些专用功能，诸如逻辑、过程控制、算术运算等，以通过数字量和模拟量输出对不同类型的设备装置和过程进行控制。I/O模板是电气信号转换器，它将送至和来自现场装置的信号转换成CPU能够处理的信号电平和格式。电源模板用于向底板上的所有模板供电。根据系统的配置，电源有独立电源、独立可累加电源、冗余电源三种可选模式。网络接口模板有9种网络接口模板，RIO主站和分站模板使（下转第83页）《科技传播》2012•2（上）83基础科学BasicScience建立的平动非惯性系来说，式（1）所描述的就是相对于m1系，m2的相对运动状态。这时我们所能看到的情况就像m2在m1的作用力下在做运动，而m1是固定的，并没有动，只是我们把两体系统的折合质量当作m2的质量了。当m1和m2之间存在像弹性力、万有引力这种保守力的作用力时，那么在这样一个参考系中，m2相对于m1的运动状态以及运动方程都是非常清晰明了的。下面我们开始讨论能量相关问题。由式（5）可以得出：''21*(-)2dvddvvvrrdtdtdtωωωω=−×−×−××相相（6）两边同时点乘Vm，并且与式（1）结合，可得出12*dvvFdtµ⋅=⋅相相'-()dvrdtωµ×⋅相'[]vrµωω−××⋅相v相（7）式（7）左边表示的是相对运动的动能相对于时间的变化率，是以折合质量表示的。式（7）的右边第一项表示的是m2和m1之间的相互作用力对于m2的功率，其他各项表示的是其他的一些惯性力的功率，它们都是由坐标系转动而引起的。由此可知，动能的变化率与作用力的功之间的关系，并不仅仅是很简单的关系。如果我们在m1上建立一个不转动的坐标系，而且是一个非惯性系，因为ω=0，式（7）变为：12)tdvvFdµ⋅⋅=相相v⋅相即212*1()2dvFvdtµ=⋅相相它的积分是为：2121()2vFµ∆=⋅∫相tvd相我们可以很明显的看出，这时式（9）右边的功的计算会简单很多，即使原点建立在m1上是个非惯性系的坐标系，但对于功的计算和m1在静止不动时的计算是一模一样的。由此可见，我们可以把式（9）作为两体问题中有关功能定理的最简单且实用的方程。下面，我们对式（9）中各项参数的物理意义作逐一的解释与讨论。首先，我们先来看这里已经用到的2vvv=−相根据假设，我们知道两体运动中，必然是动量守恒的，我们将系统总的动量记为P，那么1122Pmvmv=+由式（10）和式（11）可以得出：2222112212111)2222()Pmmmmµυυυ=+−+相（（12）式（12）说明，并不可以算作系统相对惯性系的总的动能。但是根据式（12），我们可以很容易得到2221122111)222mmµυυυ∆=∆+相（（13）因此在式（9）中，即使212µυ相不是系统相对这个惯性系的总的动能，但是212vµ∆相却是总动能的增量，是系统相对这个惯性系的总的动能的增量。而关于式（9）右边的功的计算公式，在前文我们已经叙述过，建立在m1上的非惯性系中的V相=V2-V1，这个非惯性系是不转动的，其实V相也是惯性系中的我们所能看到的m2相对m1的相对速度，所以，式（9）右边我们所计算出来的功其实是两体之间一对内力相对这个惯性系做功的总和，在保守力的情况下也就是系统势能的增量的负值。由此可见，能量方程式（9）其实是这个惯性系中两体系统的功能定理另外一种表现形式。根据式（12），在这个惯性系O中，根据质心定理我们可以得出112212()cmvmvmmv+=+式（14）中的Vc表示的是系统质心的速度。我们把式（11）代入式（14），可以得出式（12）中的2122()Pmm+是系统质心的动能。根据柯尼希定理(质点系动能的定理），可以得出式（12）中的212vµ相是两个质点m1和m2相对质心系的动能的总和。通过以上叙述，式（9）中各项参数的物理意义大家应该都已经很清楚了。通过以上篇幅的叙述，我们可以很容易得出相应的结论：在研究两体问题中相对运动的相关问题时，我们完全可以把其中的一个质点当作参考物，然后建立一个非惯性系的平动坐标系，然后再去研究另一个质点的运动情况，此时，只要我们引入折合质量，然后运用相对运动方程就可以了，我们可以完全不去考虑相关惯性力的问题。最后做以总结，两个质点相对于质心系的动能的总和等于一个质量为折合质量μ以相对速度V相运动的质点的动能。参考文献[1]罗亘.利用多普勒频移解两道运动学题.物理教学探讨，2005.[2]林少光.质点相对运动动力学中的一题多变例谈[J].潍坊师范学院学报，2009.[3]齐艳，刘凤珍.变质量动力学方程及其应用[J].辽宁工学院学报，1997.[4]干洪.力学分析中的逆步变换及其应用[J].安徽建筑工业学院学报，1995.型但降低了包封率与包载量，适宜的浓度范围为2％~4%（w/w）。其他影响因素等有待实验继续考证。参考文献[1]邱星屏.四氧化三铁磁性纳米粒子的合成及表征[D].厦门（上接第84页）用基于S908的联网I/O配置。可通过单或双同轴电缆通讯，最远可达1500英尺。DIO通过ModbusPlus网实现。CPU或NOMS模板可以它们的ModbusPlus端口作为网络主站。以太网TCP/IP模板使得Quantum控制器与采用TCP/IP事实上标准协议的以太网上的设备进行通讯成为可能。5结论泵组自动化系统的优化，可使1个或多个泵站实现最优化的运行，大大减少泵站的电能损耗，从面了提高泵站的运行效率和自动化水平，减少运行检修人员的劳动强度，真正实现“减员增效”的经济目标。参考文献[1]问泽杭，张合朋.泵站综合自动化系统若干问题的探讨[J].中国农村水利水电，2002.[2]陈虹，唐鸿儒.大型泵站综合自动化系统方案研究[J].中国农村水利水电，1998.（上接第92页）大学化学化工学院材料科学系学士学位论文，1999，5.[2]刘袖洞.膜乳化内部凝胶化过程及海藻酸钙凝胶珠性能研究[D].中国科学院大连化学物理研究所博士学位论文，2002-06-03.