西门子 S7-300 PLC 在排水泵站自动化监控系统中的应用

### 西门子 S7-300 PLC 在排水泵站自动化监控系统中的应用 #### 一、前言 排水泵站作为城市基础设施的关键组成部分，承担着城市排水防涝的重要职责。然而，从国内大多数泵站的现状来看，无论是电气控制还是管理水平都相对落后，与国际先进水平存在较大差距。例如，在电气控制方面，自动化监控程度普遍较低，大部分泵站仅配备了基础的常规控制设备；在管理水平方面，许多泵站依然依赖手工操作来进行管理记录和统计数据的整理。此外，泵站控制和管理尚未形成有效的区域网络。 随着我国经济的快速发展，对于市政建设与管理的要求日益提高，因此，对现有泵站控制系统进行升级改造显得尤为重要。通过借鉴国外先进的无人化泵站监控管理模式，可以有效提升泵站的工作效率和管理水平，从而达到减员增效的目标。本案例以上海市浦东新区塘桥泵站为例，详细介绍了如何利用西门子S7-300 PLC实现泵站自动化监控系统的改造升级。 #### 二、泵站概况 ##### 2.1 设备分布 塘桥泵站位于上海市浦东新区塘桥路黄浦江边，主要负责附近区域的污水排放处理及防汛抗涝工作。泵站的服务范围覆盖240公顷，总排水量为13.8立方米/秒。具体设备分布如下： - **进出水闸门**：用于防止黄浦江水倒灌以及泵站维修期间的隔离。 - **集水池**：汇集来自地下管道的污水。集水池被不锈钢格栅分为内外两个区域，内部区域的污水经过格栅过滤后进入外部区域，最终排入黄浦江。集水池内外均安装有超声波液位计，用于检测水位高度和水位差。 - **除污机**：泵站配备了两台钢丝绳牵引式格栅除污机，用于清理格栅上的杂物。 - **变压器房**：为了确保泵站供电稳定可靠，泵站内设有两座800KVA电力变压器，并且安装了温度监控器，能够实时监测变压器的三相温度，一旦温度超过设定值，系统会自动启动风机进行降温并发出警报。 - **水泵房**：配备有六台180kW的轴流水泵，同时在存水房内安装有水位检测器。 - **控制柜房**：包括进线柜、功率因素补偿柜、泵开关柜以及联接柜等。 ##### 2.2 控制要求 针对塘桥泵站的自动化监控和管理系统改造，具体要求如下： - **水泵控制开关柜**：改造后的开关柜具备就地控制和远程控制功能。 - **功率因素补偿柜**：实现就地自动补偿及远程电网监控。 - **变压器房监控**：实现对变压器三相温度的远程显示及高温报警。 - **控制室设立**：在控制室内设置自动化监控操作台和信号处理柜，实现三级控制。 - **PLC自动化监控**：采用西门子S7-300系列PLC，根据泵站状态、水位、雨量、电网状况等因素自动控制泵站运行。 - **除污机控制**：通过检测水位差，提示或自动控制除污机运行。 - **触摸屏监控管理**：采用10英寸真彩LCD触摸屏，实现泵站动态监控管理、故障报警、工况记录及报表打印等功能。 - **通信接口预留**：通过电话线路或DDN网络进行区域监控和数据传输。 #### 三、硬件系统构成 ##### 3.1 PLC配置 泵站自动化监控系统的PLC选用了西门子S7-300系列，具体配置如下： - **中央处理模块（CPU）**：选用CPU314型号，内存RAM扩展至64K。 - **数字量输入模块（DI）**：共8块SM321模块，每块支持16个输入点，总计处理128个输入信号。 - **数字量输出模块（DO）**：共8块SM322模块，其中4块支持16个输出点，另外4块支持8个输出点，总计处理96个输出信号。 - **模拟量输入模块（AI）**：共3块SM331模块，每块支持8个输入点，总计处理24个输入信号。 - **通信模块**：选用CP340模块，包括1个RS232接口和1个RS485接口。 PLC系统采用四个框架，其中三个框架位于RTU信号柜内（一个为备用扩展框架），另一个框架位于操作台内，通过IM361扩展连接，这样的设计大大简化了布线，提高了系统的可靠性。 ##### 3.2 触摸屏配置 触摸屏选用了日本DIGITAL公司的570HMI，通过RS232接口与PLC的CP340模块相连，并采用SIEMENS的3964R协议完成通信。 ##### 3.3 电网监控配置 电网监控部分采用法国SOCOMEC公司的DIRISM型电量监控器，可检测三相四线制的相电压、线电压、相电流、零线电流、有功无功功率、功率因数、频率及其最大值。监控器通过RS485接口与PLC的CP340模块连接，采用MODBUS协议传输电网监控数据。由于泵站采用了双路电网进线，因此配置了两套电量监控器，分别安装在两侧的进线柜上。 #### 四、软件监控实现 为了实现塘桥泵站的自动化监控，系统软件的设计至关重要。通过合理规划软件架构，不仅实现了泵站运行状态的实时监控，还能够对故障进行及时响应，并自动生成相关报告和记录。软件设计充分考虑到了用户界面友好性、数据准确性及系统稳定性等方面的需求，确保泵站能够在各种复杂环境下高效稳定地运行。此外，软件系统还预留了通信接口，方便未来接入更广泛的区域监控网络，进一步提升泵站的智能化管理水平。 通过对塘桥泵站的自动化监控系统的改造，不仅极大提升了泵站的运行效率和安全性，还为未来实现更加智能化的管理提供了坚实的基础。