基于WINCC的泵站控制系统设计
4.3 图形界面介绍 ....................................................................... 23 4.4 过程值归档及报警记录 ......................................................... 31 4.5 用户管理.............................................................................. 33 4.6 与PLC的连接 ...................................................................... 35 第五章 系统实现与评估 ................................................................... 37
5.1 系统实现.............................................................................. 37 5.2 系统评估.............................................................................. 38 5.3 未来展望.............................................................................. 38 论文总结 .......................................................................................... 40 致谢 ................................................................................................. 41 参考文献 .......................................................................................... 42
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第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 泵站简介
1.1.1 泵站在城市排水中的作用
泵站建设在我国已有近40年的历史，其功能日趋完善。供水、灌溉、城市防涝、防洪等各用途的泵站，在各行各业中正起着越来越重要的作用。按照泵站的各种作用，泵站可以分为供水泵站，排水泵站，调水泵站等。其中排水泵站有城市防洪的作用，所以在我国各大城市均有排水泵站的身影。韶关市的排水泵站共有多个，分布在市区的武江沿岸，其主要作用是排放城市的污水。在冬季，污水蓄水池的水位高于武江水位，因此污水池里面的水可以直接排入武江，而当夏季到来时，一旦污水蓄水池的水位低于长江水位，污水蓄水池里面的水就需要通过泵站排入长江。如果排水不及时，致使下水道堵塞和桥下积水过多，就会影响交通和环境，给城市居民的生活带来诸多不便[1]。随着韶关市城市建设的迅速发展，市政污水泵站的规模在不断地扩大，排水泵站的作用也越来越重要。
1.1.2 罗家路排水泵站简介
罗家路排水泵站是位于韶关市武江区罗家路江边的泵站，此泵站主要负责武江区周围的污水排放。和大部分泵站一样，罗家路排水泵站主要以下几个部分组成：
? 出水闸门：此闸门主要是在冬季时用于自动排放集水渠里面的水，此闸门位于
排水泵站的右侧，当夏季到来时，此闸门关闭。
? 蓄水池：当夏季到来时，出水闸门关闭，水聚集在蓄水池里，通过泵站抽出 。 ? 供电区：为了保证泵站的可靠工作，泵站供电直接通过高压输电线提供，其进
线是10KV高压，通过几级变压，得到电机的额定电压和220V的低压生活用电电压。
? 水泵房：罗家路排水泵站安装了4台6KW的轴流水泵。其水泵的电机是用的
同步电动机，之所以使用同步电动机是因为大功率同步电动机功率因数高，在运行时，不仅不会使系统的功率因数降低，反而会改善电网的功率因数，另外，
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基于WINCC的泵站控制系统设计
同步电动机的体积一般也比异步电动机的要小。
? 控制柜房：控制柜房内装有进线柜，泵开关柜，励磁柜，电压互感器柜，PLC
柜，电源柜等。泵站的控制和监控设备主要安装于控制柜房内。
? 冷却水池：此水池里面的水是干净水，主要用于冷却电机，并且水通过循环管
道循环使用。
1.1.3 罗家路排水泵站的特点
排水泵站的工作特点是它所抽升的水是不干净的，一般含有大量的杂质，而且来水的流量逐日逐时都在变化。排水泵站的基本组成包括：机器间，集水池、格栅、辅助间，有时还附设有变电所。机器间内设置泵机组和有关的附属设备。格栅和吸水管安装在集水池内，集水池还可以在一定程度上调节来水的不均匀性，以便泵能较均匀工作。格栅作用足阻拦水中粗大的固体杂质，以防止杂物阻塞和损坏泵，因此，格栅又叫拦污栅。辅助间一般包括贮藏室、修理间、休息室和厕所等。
排水泵站按其排水的性质，一般可分为污水(生活污水、生产污水)泵站、雨水泵站、合流泵站和污泥泵站。
按其在排水系统中的作用，可分为中途泵站(或叫区域泵站)和终点泵站(又叫总泵站)。中途泵站通常是为了避免排水干管埋设太深而设置的。终点泵站就是将整个城镇的污水或工业企业的污水抽送到污水处理厂或将处理后的污水进行农田灌溉或直接排人水体。
按泵启动前能否自流充水分为自灌式泵站和非自灌式泵站。 按泵房的平面形状，可以分为圆形泵站和矩形泵站。
按集水池与机器间的组合情况，可分为合建式泵站和分建式泵站。 按采用的泵特殊性又有潜水泵站和螺旋泵站。
按照控制的方式又可分为人工控制，自动控制和遥控三类。
罗家路排水泵站的控制系统是用的老的单级继电器控制，其自动化监控程度低，泵站管理全部是手工操作，运行数据全部由人工记录，人员劳动强度大，耗电量大，而且运行数据的采集缺乏科学性，系统不易检修。泵站的这些缺点已经不能满足当前城市市政建设高速发展的需要。通过构建泵站监控网络，实现整个过程无人自动化已迫在眉睫。
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第一章 绪论
1.2 研究泵站监控系统的意义
1998年我国遭遇了百年不遇的特大洪水侵袭，包括韶关市在内的各个沿江地区和城市都受到了很大破坏。在抗洪时各个排水泵站的作用显得格外重要，因此，为了提高城市的防洪排涝能力，韶关市政府决定对各大泵站进行自动化改造。其改造后的系统集数据采集、过程控制于一身，能够完成工艺流程控制、显示、操作状态监视、过程数据的监测、存储、报表打印等功能，该系统的研究的开发个有很大的意义。
1.提高泵站运行的可靠性。泵站实现计算机监控后，首先通过各种监测装置能够快速准确和及时的进行监测，并不断地把状态数据送到数据库服务器里。一旦出现异常状态，系统就能够发出报警信息，而且能够迅速把信息传递给现场工作人员，及时做出处理。系统还能对事故过程进行历史记录和整理，防止下一次事故的发生，可使设备避免遭受更严重的损坏，从而提高了泵站运行的可靠性。
2.计算机监控系统使水泵合理运行从而节省了电能。泵站采用计算机监控运行后，在排水泵站的运行过程中，计算机通过检测泵站蓄水池的水位控制调节泵机开停，使水泵效率提高，从而达到节省电能的目的。
3.提高了劳动生产率。泵站的很多工作都是由自动装置按一定的程序自动完成的，因此减少了人员直接参与操作、控制、监视、检查设备和记录等的工作量，改善了工作条件，减轻了劳动强度，提高了运行管理水平。同时可减少运行人员，实现少人甚至无人值班，提高了劳动生产率，降低了运行费用和成本。此外，运行人员的减少还可以降低生活敲诈的消耗，因而也可以减少泵站的抽奖。
4.开发后的自动监控系统能及时准确的采集数据并保存，为泵站的建设和管理提供了可靠有力的科学证据，为摸索城市排水规律，提高管理水平提供了方便条件。这对城市的防洪排涝有很大的帮助。
1.3 泵站监控系统的研究现状及发展趋势
纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动下占主导地位。
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基于WINCC的泵站控制系统设计
1.3.1 早期的监控系统
早期国内大部分泵站的监控和管理还处于相当落后的状况，与国外相比具有很大的差距。在电气控制上，自动化监控程度低，大部分的泵站仅有单级的常规控制。在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。因此泵站的控制和管理没有形成区域化的网络。早期泵站自动化监控系统通常彩集中采集中控制系统的工作模式，即现场各处的参数通过统一的模拟信号，例如0.02-0.1Mpa的气压信号，4-20mA的直流电流信号，1-5V直流电压信号等，送往集中监控室。操作人员可以坐在监控室内观察生产流程各处的状态，可以把各单元仪表的信号按需要组成复杂控制系统。由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变换缓慢，抗干扰能力差，因此经常出现事故。韶关市罗家路排水泵站当前的监控系统还是这种比较老的系统，因此存在很多缺点，这也是对其进行改造的主要原因。
1.3.2 集散控制系统
目前国内外比较先进的泵站自动化监控系统大多为集散控制系统DCS（Distributed control system）[2]。
20世纪70年代初随着单片机的出现和发展，出现了DCS系统，它是以集中管理、分散控制为核心思想。在集散控制系统中管理于控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，多台下位机下放分散到现场实现分布式控制功能，上下位机之间以控制网络互连以实现相互之间的信息传递克服了集中数字控制系统对控制器的处理能力和可靠性要求高的缺点。这种监控系统在当时具有一定的先进性，但是还存在很多问题。它是建立在计算机通信协议基础之上的，无法延伸到现场智能设备，而且DCS多为数模混合系统，满足不了数据通信全数字化的要求。同时它采用了独家封闭式的通信协议，为一些开发商所志有，给用户系统集成和应用带来许多问题。DCS系统有以下主要缺点：
1. 接线复杂，可维护性差。由于现场设备相对分散，而所有的信号都要连接到工控机上，这导致施工不便，产生故障后不易查找与排除。
2. 精度差。由于线路上传输的是4-20mA的模拟信号，容易受到工业现场的干扰，造成精度的损失。
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