PLC在排水系统中的应用(论文)

PLC在排水系统中的应用

作者：易雄伟

单位：佛山东海理化汽车部件有限公司

摘要：比较在自动控制系统中可编程控制器控制与继电器控制的优劣，结合实际工作中的例子加以说明可编程控制器更具有优势。

关键词：可编程控制器；继电器；优劣

在工业自动化领域，可编程控制器（PLC）作为自动控制器已成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。使用PLC 的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰，但是由于PLC的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想。

现以本单位排水系统由继电器控制改为PLC控制为例简单说明可编程控制器与用继电器两者在工业控制系统相比较的优劣。

附图1为本单位5.5KW排水泵控制箱原理图，从图中我们可以了解到在合上各回路电源开关后，通过切换不同的控制方式，正常情况下排水系统可实现以下四个控制结果：

1、手动运行：SA1、SA2切为手动状态时，1#、2#排水泵分别通过启动按钮SB11、SB21进行手动运行。作为检测水泵及特殊情况下使用。

2、自动运行：SA1、SA2切为自动状态，SA3切为1#水泵自动，当水池水位达到高水位SL3位置时，1#排水泵自动启动运行，排水至低水位SL2位置以下后自动停泵。当1#排水泵发生短路、过载等情况导致停止工作时，通过时间继电器KT2转入故障切换运行状态，2#泵在5秒钟后自动投入运行，且有故障信号输出。同理，SA1、SA2切为自动状态，SA3切为2#水泵自动时，2#排水泵作为主泵投入运行，1#排水泵为备用泵使用。

3、自动交互运行：将SA1、SA2切为自动状态，SA3切为水泵自动交替时，当水池水位到达SL3位置时, 1#、2#排水泵自动交替运行，排水至低水位SL2位置以下后自动停泵。

4、高水位双泵运行：SA1、SA2切为自动，SA3为任意状态时，当水池水量异常迅速增加至SL4位置时，则双泵同时投入运行，排水至低水位SL2位置

以下后自动停泵。

通过以上对附图1的分析我们发现，在自动交互运行状态下假设投入运行的1＃（2＃）水泵由于故障停泵或者水泵堵塞及排水管破裂等情况出现而导致不能有效地排水时将会有两个结果：（1）当投入运行的1＃（2＃）水泵发生故障使得该回路的空气开关跳闸或热继电器动作切断控制回路停止工作时，此时2＃（1＃）水泵是不能自动替换的，需等待水池水位在不断的上升至溢流水位触动SL4后，产生双泵运行信号，才使得2＃（1＃）水泵投入运行并将水池水位排至SL2低水位后才停泵。需要提到的是在下一个交替运行周期时在水位条件满足的情况下该泵还是有起动信号输入，由于该泵无法运行，因此需要等待正常的备用泵投入运行后才能将水池水位降至SL2低水位方才结束排水任务。（2）因水泵堵塞及排水管破裂等情况出现而导致不能有效地排水时，而在作无用功排水泵的热继电器没有动作切断控制回路，这时需等到水位涨至溢流位置产生双泵运行信号，待备用泵有效排水至SL2低水位下方结束排水任务。而且在起泵水位条件满足的情况下，控制回路同样将在下一个交替运行周期时发出起动信号至出现上述问题的排水泵，该泵还是会自动投入运行，同样直到双泵运行信号产生，令到正常的备用水泵投入运行才能有效地完成排水任务。如此周而复始，直至故障水泵的热继电器动作或被人为发现方被切除运行。

这种非正常的运行状态所造成的电能浪费和设备损伤是我们在设计时应该避免的。另外虽然本排水控制系统继电器使用较多，但是其实现的功能还是有一定的局限性。其次，继电器是在长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。再者，这些继电器将产生相当多的热量，同时也消耗了大量的电能。而且继电器控制系统必须是手工接线安装，即使是简单的改动，都需要花费相对多的时间及人力、物力去改制、安装和调试。

如果采用PLC来控制本排水系统，为了方便排水泵的检修工作，由外部旋钮开关来切换手动运行状态（图略）和PLC控制状态。下面着重说明由PLC控制的运行结果。由附图2可以看到，从实现功能来讲，此程序不但可以实现上述的由继电器控制的排水系统的自动控制功能，并改进了以下几点：

1、考虑到水池的水位开关由于水位的波动，使得SL3、SL4起泵水位临界点的输入信号不稳定，容易造成一、二次设备在短时间内反复动作，产生不必要的电能浪费和设备损耗，因此在程序中通过T0、T1定时器来稳定输入信号。

2、在自动交互运行状态下，当有起动运行排水泵的信号输入时但1#（2#）

水泵未能在20分钟内完成排水工作（注：水池的总容量为15m3，从起动排水泵的信号产生到停止排水泵的信号产生这段距离的水量为5m3，而单台排水泵的额定流量为25m3/h，排水泵排出5m3的水量在正常情况下运行用时约15分钟，因此限定排水泵运行时间为20分钟），那么20分钟后2#（1#）水泵将会自动投入运行，同时切除故障水泵，并且在下一运行周期时直接投入正常水泵，并输出报警信号，直至检修人员将故障排除。

3、即使在1#、2#排水泵先后在规定时间内未能完成排水任务或发生故障停机后（虽然这种情况发生的机率甚微，但是为保障设备安全且有效地运行，我们在设计时应该尽量考虑到此情形的出现），也能有效地保障设备安全，避免造成损失。

从经济角度考虑，在选用PLC方面选择三菱的FX1S-14MR-001型就可以了。虽然首次投入的成本较采用继电器控制时略高，但在以后系统维护检修、控制方式的更改以及设备使用寿命等来说，其优势还是非常突出的。

可编程控制器作为通用的工业控制器，以体积小功能强大所著称，它不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等基本功能，而且现代PLC还具有A/D和D/A转换、数值运算，数据处理控制，通信联网等扩展功能。同时，由于PLC 产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。它可用于所有的工业领域。目前国内外已经广泛且成功的将可编程控制器应用到机械、冶金、电力、交通、纺织、化工、石油、军事等各个领域，并取得了可观的技术经济效益。而且它还代表当今电气控制技术的世界先进水平，与数控技术、CAD/CAM 技术、机器人技术并列为工业自动化技术的四大支柱。

综上所述，本人认为，采用可编程控制器的控制系统与用继电器的控制系统相比较更具有优势。

参考文献：电工新技术教程/梁耀光，余文烋编著。—北京：中国劳动社会保障出版社，2007

参考图纸： 5.5KW水泵控制箱原理图/上海拓得电气自控工程公司设计/佛山东海理化汽车部件有限公司

附录：图纸1、5.5KW水泵控制箱原理图（共3张图纸）

图纸2、排水系统的I/O分配图和梯形图程序（共3张图纸）