6ES7317-2EK14-0AB0参数方式

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1 工艺流程与监控要求

1.1 工艺流程

进水塔渗漏水量较小时，经过一定时间的积累，达到主用潜水泵启动水位 2.40m，用主用潜水泵 D3 进行排水;当水量增大时，达到备用潜水泵启动水位 2.60m，增加备用潜水泵D4进行排水;在此过程中，若水位回落到停泵水位 1.5m时，则停止潜水泵;若水量进一步增大，以致达到主用离心泵启动水位 2.80m和备用离心泵启动水位 3.00m时，则分别启动主用离心泵 D1 和备用离心泵 D2 进行排水。此时潜水泵作为离心泵的充水泵，同时启动潜水泵 D3、D4，打开充水电磁阀 Z1(或 Z2)，延时 3 分钟左右并且达到一定压力要求后启动离心泵并打开排水电动阀门 F1(或 F2)进行排水，然后关闭潜水泵 D3、D4 和电磁阀 Z1(或 Z2)。在排水过程中，若水位回落到停泵水位 1.50m，则关闭离心泵。在关闭离心泵时， 要先关闭相应的电动阀 F1 或 F2， 然后再关闭离心泵。 其渗漏排水设备布置如图 1所示。

1.2 系统要求

整个系统由两个电力进行供电，控制设备对供电进行选择，以确保系统在任何一个电力电源正常的情况下都能够正常工作。

在控制柜的控制面板上安装有自动/手动/触摸屏手动三位切换旋钮， 以及各个设备的手动控制旋钮，通过控制面板和触摸屏可以对各个设备进行手动控制。

在集水池中安装两套水位计，以确保在任何一套水位计正常的情况下，渗漏排水系统都能够正常工作。一套水位计采用节点式的，检测四个启泵水位和一个停泵水位;另一套采用模拟式的，不但可以在触摸屏上显示集水池的实时水位，而且还可以通过PLC内部的算法模拟出与节点式的水位计等同的水位信号，然后与节点式水位计的信号进行并联，以确保整个控制系统控制信息的性。

当水位达到备用离心泵启动水位(即警戒水位)时，报警电铃自动鸣响，报警指示灯闪烁，工作人员发现警戒情况后，可以按下相应按钮，关闭电铃;但报警指示灯仍闪烁报警，直至水位回落到警戒水位以下。

本系统的监控部分包括：两路电源的供电情况;2#明流塔和 3#发电塔的水位高程及集水井水位信息;所有电气设备原件如两塔潜水泵、离心泵、电动阀、电磁阀等动作情况;正常时水流量及启泵后排水量的监控等。

2 系统硬件构成

本系统上位机采用 Nematron 公司的PV6100i 系列触摸屏，下位机采用 GE 公司 PLC。触摸屏可读取 PLC 中所有的输入、输出寄存器，内部寄存器等的值，动态显示水位高低，设备运行情况等，并能采集、显示水位信息和历史动作，方便工作人员的监控。PLC 控制输入、输出信号的逻辑关系，控制接触器驱动现场的阀门、水泵等执行机构。二者通讯时PLC 出口为RS-485,触摸屏入口为RS-232。

2.1 上位机硬件

PV6100i 系列触摸屏拥有良好的人机界面，能在上提高一般控制系统或 PLC工作站应用的综合能力。开发环境简单，可以与主流PLC 进行无缝连接;支持多种 USB 设备。

该系统采用的触摸屏特征参数为：4线纯电阻式触摸屏;宽屏幕800×480;TFT 液晶人机界面; 24V直流供电; 128MB闪存; 68MB DDR2随机存储器; 自带32位的RISC 400MHz处理器; 支持多种接口： 1个串口 COM1(RS -232/ RS-485 2W/4W),串口 COM2 (RS-232)，串口COM3(RS-232/RS-485 2W);1 个USB主从机接口;支持 SD卡等。

2.2 下位机硬件

本控制系统主要有一个PLC 控制柜和一个动力柜组成。新控制系统把两个泵房中的电动阀、电磁阀、潜水泵、离心泵等用信号电缆和动力电缆分别接入PLC 柜和动力柜内.

系统PLC 采用GE Fanuc公司生产的系列 90-30 PLC。该系列PLC具有强大的功能，能满足各种工业解决方案的要求，已有的记录表明它在 200000多项应用中被采用。

通过对系统的输入设备和控制对象的分析，本系统选用 IC693CPU350 型 CPU，共用 2个开量输出模块，4个开关量输入模块，1个模拟输入模块，安装在1 个 10 槽基架上。其中实际使用输入 62点、输出 28点、模拟输入2点。具体选择PLC 硬件模块如下：

(1)CPU 模块型号：IC693CPU350，该 CPU 基于的 386EX 处理器，能够实现快速计算和大吞吐量;

(2)背板：选用一块 10槽的 IC693CHS391背板，用于支持各模块的安装;

(3)电源模块：选用 IC693PWR321，为PLC 系统提供充足的电源;

(4)离散量输入模块：选用 4块 IC693MDL645，用于接收现场各个离散量信号;

(5)离散量输出模块：选用 2块 IC693MDL741，用于控制现场的各个设备;

(6)模拟量输入模块：选用 IC693ALG221，用于采集两个集水池的水位高度信号和两个泵房的排水流量;

3 系统软件构成

3.1 上位机软件

上位机采用触摸屏内置屏幕设计程序 ViewBuilder 8000进行界面编程。 它具有丰富的图形库和强大的图形组态工具，支持报警管理 、管理 、趋势管理、菜单管理等功能，使得开发和应用管理加方便。触摸屏编程时，通过USB 接口与PC 机相连。

本系统人机界面的设计包括主界面的设计、实时参数显示设计、实时曲线设计、历史记录设计等;系统的画面设计所应用的主要元件包括字符串设定、触摸键设定、画面切换、数值显示、历史曲线及历史趋势图等。

系统设计了两个渗漏排水泵房中各个设备的手动控制界面， 根据渗漏排水泵房内排水设备的实际位置设计了画面，动态显示出现场的潜水泵、离心泵、电动阀、电磁阀等设备的开关状态，并实时显示水位的高度、流量的大小。还设计了两个泵房的联合监控界面，便于用户的操作(如图 2所示，其中水位高程为集水井水位再加一个基准高程)。各个界面下设有切换按钮，可以方便的切换到其它界面。并且利用触摸屏的数据记录功能，记录水位、流量信息及潜水泵、离心泵、电动阀、电磁阀等设备开关时间信息等，并形成实时和历史趋势画面;可定期导出历史数据，经过处理后形成 Excel 文档，便于在 PC 机上进行后期分析处理。

3.1.1参数设定

由于ViewBuilder 8000软件适用于几个系列的机型，在编程开始时，要选择与本项目所对应的机型。本项目使用的是 PV6100i 系列触摸屏，故选择PV-8070iH/PV-6100i/PV-8100i(800x480)，并选择相应的PLC 类型(GE Fanuc SNP-X)。

设置通讯参数：触摸屏的通讯参数与 PLC 一致，否者二者不能进行通讯。接口类型为 RS-232，采用 COM1 口通讯，波特率为 19200，数据位 8 位，奇偶校验为奇校验，停止位 1位。

3.1.2相关信息的采样与显示

1、水位信息的采样与显示：

本系统的水位信息采样分为两部分：1、周期采样;2、触发采样。

(1)周期采样：

PLC 将水位传感器采集到的 2#明流塔水位高程、集水井水位以及 3#发电塔水位高程、集水井水位等水位信息分别存入其内部寄存器 R1,R3,R5,R7当中。每隔 120 分钟，触摸屏进行数据采样，通过读取PLC的内部寄存器，可获得水位信息，还可以保存读取到的数据，以历史数据的方式显示以往的水位信息，方便工作人员分析水位速度和趋势。

(2)触发采集：

一旦 2#明流塔或 3#发电塔的水泵启动工作，便触发相应塔的水位信息采样，每隔 1 分钟，触摸屏就读取分别保存在 PLC 的内部寄存器 R1,R3,R5,R7 中的水位信息，进行 1 次采样。这样可以获得泵启动后水位变化的实时信息，便于工作人员掌握水泵的排水量和排水能力。并保存读取到的数据，方便工作人员的查询。

2、动作采样及显示：

触摸屏可以读取 PLC 的内部所有输入寄存器，输出寄存器，内部寄存器的值，并存储在自己的寄存器当中，当 PLC 的输入输出状态发生变化时，其寄存器的值就会发生改变，触摸屏便采集并保存下来，工作人员可以方便的查询设备何时动作、何时恢复原状态，充分掌握该系统的运行情况。

3、历史数据、历史动作的显示：

触摸屏在对信息采样的同时，便将这些信息保存在自己内部寄存器中，工作人员可以查询 180 天以内的所有水位信息和动作信息。也可直接用 U 盘下载采集到的保存在触摸屏内的水位信息的历史数据及历史动作，利用相应软件，将下载数据转换成excel文件，便于工作人员进行研究分析，也便于将资料归档整理。如图 3、图 4所示。

3.2 下位机软件

本系统下位机软件采用 bbbbbbs操作系统下的VersaPro2.0进行编程调试工作，该编程软件拥有良好的人机操作界面，编程简单易行，便于用户的调试、维修、改造等工作。软件由主程序和六个子程序构成，主程序用于系统初始化、数据处理、通讯、报警输出和调用子程序等; 六个子程序分别用于对两个泵房的设备进行自动控制、 手动控制和触摸屏手动控制。软件流程图如图 5 所示，其中水位高度为集水井水位高度。

4 联合调试

在系统联合调试过程中，通过触摸屏显示的信息，发现有些开关量的状态的很不稳定，出现触摸屏多次重复记录信息或记录有误的情况。比如，系统设定，当水位达到2.4米时，2#主潜水泵启动，2#水位触发采样进行。然而在分析触摸屏记录的 2#动作信息和 2#触发采样水位信息时发现，在一个很短的时间内，2#主潜水泵输入状态在“开”、“关”之间反复转换，相应记录的触发采样水位信息也很混乱。通过查询大量资料，分析现场环境，得出了可能是因为水位不稳，水以波状形式冲击水位传感器的缘故，在PLC 控制程序中加入了防抖动程序之后，解决了该问题。

5 结论

系统经过改造后， 可以在进水塔塔面的控制室内对两个渗漏排水泵房内的设备进行集中监控，改善了系统的运行环境。该系统采用的以GE 90-30 PLC 为构建自动/手动控制系统，操作简单，维护方便，运行稳定，大大减轻了操作人员劳动强度。触摸屏的友好界面和历史数据记录功能，不仅给操作带来了方便，而且记录了泵房的运行状况，给自身系统的分析、事故排查、乃至水工物的分析提供了的数据来源。该系统投运一年多来工作稳定正常，用户反应良好。

近年来，随着社会经济的高速发展，城市化进程持续加快，生活条件的改善和生活水平的提高，市民人均污泥水排放量也不断增长，加之市容、市貌、道路、房屋等基础设施建设带来的泥渣等经雨水冲刷，大多也进入排水管道，下水道污泥沉积速度加快，清淤和污水运输的工作量剧增。由于城市建设的发展，城区地域也以惊人的速度扩大，城市生活小区越来越多，相距越来越远，相应的排水管道的长度快速增长，排水管道疏通、清淤的工作量也成倍提高。**排水部门除了定期疏通和清淤排水管道外，还要承担由于突发原因造成的排水管道堵塞的疏通抢险任务。因此，**部门的排水管道疏通、清淤和污泥运输工作非常繁重，任务十分艰巨。

2 国内外比较

目前国内城市排水管道污泥的取出仍然靠人工作业，采用原始的拉、刮横道污泥至检查井，再人工一匙一匙地将其挖出，然后连泥带水一起运至地点集中处理。这种传统型的下水道清淤工作，与建设现代化文明大都市的要求相距甚远，其弊端也是显而易见的。是**工人的劳动强度大，工作条件差，工作效率低;其次是造成了路面和环境的二次污染，因为运输过程中不可避免的抛撒滴漏现象，特别是在盛夏，污泥水是臭气熏天，而且大量污水无处可倒，集中排放又而造成污染;再次是提高了运输成本，由于抽取的大部分是污水，只有少量污泥，所以增加了污水的运输次数和相应费用。

国外发达国家在城市规划时，排水管道设计得较为宽大，人员和机械均可进入地下管道作业，污泥可直接用泵输送至污水处理厂进行集中处理。而较小管道的清淤，基本使用车辆，采用高压水冲穿清淤，然后再用泵将泥水吸上来后运走。该种车辆的优点是将高压冲穿和吸取泥水二项功能集于一身，其缺点是不具备泥水分离装置，其运输物也主要以水份为主，因此运输效率较低。这种车辆在日本、美国、意大利和德国等国均有生产，我国也有少量进口。但是，价格昂贵，使用费用也较大，同时须带大量清水，对于人均水资源不高的国家和地区是不适宜的，加上我国城市排水管道中介质复杂，常常含有塑料袋、木块、较大砖块等杂物，因此，该车并不适合我国城市排水管道清淤的实际情况，使用效果不够理想。

鉴于以上情况，为提高城市排水管道清淤工作的机械化程度，提高工作效率和运输效率，我公司开发了这种集检查井取泥、泥水分离为一体的**工程设备，并安装在辆上，国内这一领域的空白。这样一次污泥的运输量为十几仍至几十个窨井的污泥总量，该设备采用PLC控制技术，可实现多次工作循环，从抽污泥水到输出污泥，可自动一步完成，也可人工分步完成。

3 原理与系统设计

设备主要有检查井取泥装置、污泥水快速自动分离装置、污泥输送装置、机组拖挂系统和自动控制系统等部件组成。

设备的阀门控制示意如图1所示。

3.1 原理设计

先将抽污软管放入窨井中，启动车上发动机，开启取力器，接通控制电源，真空马达抽吸污泥水时，箱内气体经阀2抽出，污泥水经阀1吸入，然后将污水箱后端抬起，同时将底部低端的污泥送往，再由真空马达反向操作排压污水，气体经阀2充入，污水经阀1排出，通过一次排压将污水排出水量的二分之一或三分之一，接下来将所有阀门关闭进行抽真空，达到规定真空度后，大气先由旁通阀进入箱底管道，当箱内外气压相等时，真空马达再反向操作进行爆气，大气通过管道小孔从水底爆出，使气泡带着污泥漂浮起来，快速分离出其中的水份，使污泥达到一定的浓度，这时真空马达进行二次排压，将污水全部排至下水管道，如果污泥含量太低，可循环作业数次，后将污泥输送出箱。

3.2 主要动作

该设备进出水、气的阀门管道较粗，所以设计采用电、液和电、气控制，各阀门及反馈元件的动作见附表。

附表 液、气、电阀动作表

(1) 抽吸污泥水

通过真空马达对污水箱进行抽真空，当箱内达到一定真空度时，下水道中的污泥水通过管道开始吸入箱内;当污水箱中的水位达到限位时，液位传感器反馈信号停止该动作。

(2) 排压污水

当污水与泥沙次分离后，由真空马达反向操作对污水箱进行充气，当气压达到规定值时，气压将分离后的污水从污水箱中排压出去，当污水占箱中水量二分之一或三分之一时，液位传感器反馈信号停止该动作;当爆气结束后，再进行二次排压污水。

(3)　抽真空

对污水箱进行抽真空处理，当箱内气压达到规定真空度时，压差传感器反馈信号停止该动作，这是为了增加爆气的效果。

(4)　爆气

在污水箱真空的情况下，对箱内水底充气，产生爆气效果，使气泡带着淤泥漂浮至水面，当箱内气压达到规定的标准时停止该动作。

(5)　输送污泥

由箱内螺旋和箱外螺杆同时工作将污泥输送出来。

3.3 系统设计

(1) 控制真空马达的开和关，完成抽吸污泥水、排压污水及抽真空、爆气的工作;

(2)　控制四通电液阀的左开、右开和断电，完成真空马达的正(抽气)、反(充气)转换的操作;

(3) 控制举升换向阀的左开、右开和断电，驱动油缸完成污水箱后端的上升和下降工作;

(4) 控制筒盖换向阀的左开、右开和断电，驱动油缸完成筒盖的开、关工作;

(5)　控制螺旋换向阀的左开、右开和断电，驱动油马达完成螺旋输送器的正、反转工作，达到污泥的前后输送或搅拌之目的;

(6) 控制螺杆换向阀的左开、右开和断电，驱动油马达完成螺杆输送器进入、退出污水箱及输出污泥的工作;

(7)　控制旁通阀的开启，可提高爆气的效率。污水箱在真空负压状态下转入爆气高压状态，需要大气快速进入箱内，如果由真空马达充入气体，那么时间既长、效果又不好，因为真空马达的转速是一定的，所以充气量就受到了限制，大气由旁通阀进入，在短时间内就能负压;

(8)　控制溢流阀和发动机油门的开启，完成单个或数个液压执行元件动作的工作。溢流阀和油门的开关正好相反，当单个液压执行元件动作时，开启溢流阀，同时关闭油门;当数个液压执行元件动作时，关闭溢流阀，同时开启油门;

(9)　控制气阀的开关组合，完成抽吸污泥水、排压污水和抽真空、爆气的工作。

4 控制系统硬件及软件

控制元件选用SIEMENS　CPU224和EM223，设计输入总点数为22点，输出总点数为22点，现用的可编程控制器输入总点数为30点，输出总点数为26点，能够满足设计要求。反馈元件为选用正负压差计、液位传感器、磁性传感器等。程序框图见图2、图3所示。所编制的程序因篇幅太长特省略。

图2 程序框图之一

图3 程序框图之二

5 难点与

5.1 难点

原来控制液位采用声波传感器，现场调试发现声波在真空及高压状态下工作不稳定，容易出现误动作，后来改用浮球液位传感器，使用效果良好。在抽吸污水、抽真空和排出污水、爆气的过程中，因为是同一管道进出污水，所不同的是四通阀的动作，左旋为抽气，则抽进污水;右旋为充气，则排压污水，所以当四通阀在排污水时发生误动作，就会出现故障，严重时会导致事故，污水进入真空泵而将其损坏，经过改进，在四通阀上加装了传感器后，避免了这一现象的发生。因为电源为车用蓄电池，故要尽量减少各阀的通电时间，同时为了使各电磁阀在工作中开关，在操作中均采用双向电控，即关闭时也通电，然后通过程序延时再进行断电，这样使程序较为复杂。

5.2

该设备在快速污泥水分离、防堵塞、自动控制等方面已达到国内水平和接近国外近期水平。

(1) 将排水管道检查井取泥、泥水快速分离地组合在一起，形成体积较小、效率较高的排水管道清淤流动工作站，适应了城市排水管道清淤面广量大的特点，，必将受到**排水部门的欢迎。

(2) 在泥水分离方面，采用高速离心分离技术，适应了城市排水管道泥水成分复杂、易堵塞、腐蚀性强的特点，工作介质范围较宽，具有防堵塞能力，而且能自动排渣、分离，水份回流至排水管道，不仅对井下污泥起到冲稀作用，而且防止了清淤和运输过程中路面的二次污染，符合环保的要求。

(3) 采用PLC技术，实现了全自动控制，增加了过载保护、温升保护、故障自我诊断等控制功能，做到人工启动，自动作业，、。

(4) 集液控、气控、电控为一体，机电液气组合，具有一定的技术难度，已获得国家实用新型和国家发明。

6 结束语

PLC可编程控制器特别适用于小批量非标设备的自动控制，其可编程性对单位研究开发新产品尤为有用，目前在各行各业中其用途之广泛，发展之迅猛，且应用的人员众多，以至于在自动控制方面占据半壁江山，甚至可以与电子控制、数字控制相，这可能是开发其软硬件的技术人员所始料未及的。

城市下水道污泥水分离设备在**部门具有广阔的发展前景，为减轻工人劳动强度，提高工作效率提供了的产品，而PLC技术在**机械上的成功应用，使其具有了自动化程度高，工作性能等特点，可以用来替代国外同类产品，为进一步提升国内**机械的档次奠定了基础。

0 引言

自动化立体仓库系统(AS/RS—Automated Storage and Retribbbb System)是在不直接进行人工处理的情况下自动地存储或取出物料的多层仓库存储系统。它是现代物流技术的，是集机械、电子、计算机、通信网络、传感器和自动控制等多种技术为一体，以搬运机械化、控制自动化、管理微机化、信息网络化为特征的现代化物流系统中产品生产与储存的枢纽。自动化立体仓库的出现，实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变。

本文所设计的系统选用了代表当今自动化发展方向的西门子S7-300和S7-200PLC作为控制，通信沿用目前工业界居主流的PROFIBUS总线系统，软件选用目前国内应用较广、功能强大的组态王软件，系统全部采用了工业用元器件、总线和软件，具有较强的实用和推广意义。

1 自动化立体仓库系统结构

自动化立体仓库系统结构如图1所示，主要由控制台、立体货架、四自由度码垛机、控制系统、计算机监控系统、托盘、工件等设备组成。

控制台是自动化立体仓库系统控制其各部件并实现远程操作的平台。

立体货架是自动化立体仓库的主体，一般在设计时要保证货架的强度、刚度和整体稳定性，其次要考虑减轻货架重量，降低钢材消耗。立体货架的采用大大节省了储物空间。

四自由度码垛机是自动化立体仓库系统中重要的运输设备，可完成前后、左右、上下、90°旋转等动作指令，其作用是在立体货架的巷道中穿梭运行，将巷道口的货物存入相应库格，或者将库格上的货物取出送到巷道口。

控制系统由上位机S7-300和下位机S7-200通过PROFIBUS总线连接而成。PROFIBUS作为符合欧洲标准EN50170的现场总线系统，是一种性的开放式的现场总线标准。

计算机监控系统通过组态王软件，把现场数据通过传感器采集经下位机PLC处理后送入上位机，再由PROFIBUS现场总线传输给监控机组成一个监控系统，对立体仓库系统进行实时监控。

2 自动化立体仓库控制系统总体设计

2.1 硬件设计

自动化立体仓库控制系统硬件组成如图2所示，主要由安装组态王软件的监控机、上位机S7-300、下位机S7-200、PROFIBUS现场总线等组成，依靠工控软件组态王Kingview实现数据的通讯。

自动化立体仓库控制系统主要完成采集系统数据;监视系统状态;处理系统异常情况;负责码垛机调度;仓库作业管理;确定库格;人机交互等任务。

2.2 软件设计

2.2.1 监控机与上位机S7-300的通信

监控机与上位机S7-300之间通信步骤如下：

(1)对S7-300硬件进行组态，即对S7-300的机架底板、电源、CPU、信号模件等按其实际配置和物理地址进行组态。其中在CPU的组态中要设置MPI地址，后将组态程序表下载PLC以确认。如图3所示。

(2)S7-300软件编程。在STEP7中，可用梯形图、语句表或流程图进行编程，若选择“线性程序设计”方法，则把所有程序放在组织块OB1中即可，OB1是PLC操作系统与用户程序间的接口，PLC周期性调用此模块。若选择“结构式程序设计”方法，则通过组织块OB1调用其它模块如功能块FB、数据块DB等。

2.2.2 下位机S7-200编程

下位机S7-200进行自动控制的程序包括：系统初始化程序、设备就绪程序、手动控制程序、意外处理程序、取出控制程序、送入控制程序、仓库位置判定子程序、中转位置定位子程序、进入退出子程序等。图4为主控制程序流程图。

2.2.3 组态监控应用

系统采用Kingview6.52组态王软件，通过建立工程、设计图形监控画面、构造变量数据库、建立动画连接、运行调试等步骤，在组态软件上完成了自动化立体令库系统的监控设计，实现了对自动化立体仓库系统的实时监控。图5为在组态王软件上设计的自动化立体仓库系统图形监控画面。

图5自动化立体仓库系统图形监控画面

采用Kingview实现的监控与数据管理程序主要具有如下功能：实时监视整个自动化立体仓库中各部分的运行情况;动态显示各设备状态以及货物的运行位置;监控系统出错报警情况;能够直接立地控制立体仓库中所有设备的启动、运行和停止。

利用Kingview实现PLC与监控机的通信，达到了远程实时监控与管理的目的，不仅缩短了设计周期，而且系统承接性较好，尤其对于大规模复杂控制系统此优点尤为。

3 结束语

本文所设计的立体仓库系统，通过PROFIBUS现场总线将监控机、上位机S7-300以及下位机S7-200连接成一个整体，同时应用工控组态软件组态王Kingview对系统进行监控，达到了远程实时监控和管理的目的。

另外，此系统预留诸多扩展接口，便于外接其它模块或工业设备，具有较强的可扩展性和开放性。现场调试结果表明，此系统自动化程度较高，操作方便，工作，具有较强的实用和推广意义。