浅谈PLC在夏汇泵站主水泵的叶片角度远程调节的应用
摘要：通过对夏汇排站自动化控制对PLC（PLC是ProgrammableLogicControl的缩写，其意思是可编程逻辑控制器，根据用户的要求，利用已经编程的逻辑来对电路等进行控制。）和上位机对主泵叶片角度进行远程叶片调节的原理分析，说明远程调节给该站带来的各种实际好处，也为同类型泵站提供了成功例证。
关键词：PLC,上位机,叶片角度,远程调节
1、引言
夏汇排涝抽水站工程属于加强洪梅镇夏汇村排除内涝及保护周边农田项目，装机容量250kW，位于东莞市洪梅镇境内的内河上。属于市级投资排涝站。
该站采用无锡水泵厂生产的3100ZLQ38-4.2型水泵，为全调节立式轴流泵。
在水泵的正常抽水运行中，为适应各种情况实现水泵的最优运行需要，经常要改变水泵工作状况，这时需要进行水泵调节，对于全调节轴流泵通常调节它的叶片角度来实现。
2、叶片角度调节
水泵调节的方式很多，通常是改变水泵性能或者管道性能或者两者都改变的办法来实现。主要有：变阀调节、变径调节、变角调节、变速调节和变压调节等。
轴流泵不适宜采用变阀调节、也不适宜采用变径调节，但因为其叶轮具有巨大的轮毂，便于安装可以活动的叶片。可以通过变换叶片的安装角度，使Q-H、Q-N及Q-η等性能曲线移动，从而使水泵在一定的上下游水位差时以最佳的效率工作达到要求的流量。
常见的轴流泵有半调节式和全调节式，全调节式又有油压和机械式之分，机械式通常分为齿轮式、蜗轮蜗杆式和杠杆式等。洪梅镇排站叶调机构属于机械式中的齿轮式。其叶片调节机构参数为：
该调节机构位于整个机组的最上端，通过调节电机的正反转，使丝杆上升或者下降，从而带动内操作管、水泵轮毂内的下操作竿和操作架上升和下降，然后通过轮毂内连杆的传递，使转臂转动带动叶片向正或负的方向旋转。
3、PLC远程调节的实现
3.1PLC远程调节的优点
PLC的主要特点1、高可靠性（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10－20ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。2、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
通过上位机操作员站的计算机实现远程叶片角度调节，既能准确的看到实际值和设定值，还能够通过设定调节周期和每个周期内的实际调节时间，达到连续而稳定的自动调节。这样既能弥补手动调节精度不高的缺点，又能减少不稳定操作或不当操作对机构的损伤。
3.2硬件组成
在硬件构成上，有DELL的监控计算机操作员站，施耐德的Quantum系列PLC（主要有电源模件140CPS21100、CPU模件140CPU67160、网络模件140NOE77101、开入量模件140DDI35300、开出量模件140DDO35300、模入量模件140ACI04000等），D-Link网络交换机，机组叶调机构。调节命令由监控计算机通过交换机发给PLC，PLC收到命令后通过开出模件向调节电机发出升/降叶片角度的命令，并通过传感器将叶片角度现值的模拟量信号通过PLC的模入模件反送回CPU，当达到调节要求时，调节完成退出。如图1所示：
3.3程序设计及工作原理
在PLC程序中通过4个梯形图子程序，分别实现4台机组的叶片角度调节的闭环自动控制。程序结构如图2所示：
当PLC收到调节命令时，首先将设定值和当前实际值比较，两者差的绝对值小于调节死区（0.1度）时，认为设定值和实际值的差值过小，不进行叶片角度调节，系统报警退出调节程序。（因为差值过小时，设定值和实际值非常接近，一旦进入调节程序，一个调节周期就会造成超调，调节过后的角度将需要回调，如此反复造成程序死循环。）当设定值和实际值的差值足够大时，将设定值和实际值进行比较，设定值大于实际值时进入叶片角度升调节，相反进入叶片角度降调节。
如图3PLC的梯形图程序所示，进入叶片角度升调节时，采取点动调节，一个调节周期为3500毫秒，定时器TIM84为升叶片角度电机动作时间，为300毫秒，定时器TIM83为升叶片角度电机中止时间，为3200毫秒。
若干调节周期后，如图4程序，实际值进入调节死区，调节完成，叶片角度将因为惯性达到设定值附近。降叶片角度调节程序同理。
如果反馈通道和执行机构出现故障，在限定时间（180秒）里没有进入调节死区，由图5的程序实现调节退出。同时叶调机构本身具备限位开关，叶片角度达到设定高（低）限时将直接切断调节电机的电源，能有效保障设备安全。
3.4应用界面
洪梅镇排站的自动化改造中上位机使用CIMPLICITY6.1监控软件，在每一个机组单元监视图中都有对应机组叶片角度调节的画面，如图6所示为4＃机叶片角度调节的监控画面，用鼠标点击“<”可以减小设定值，点击“>”可以增大设定值。
当确定设定值后，点击“开始调节”，弹出图7画面，此时拥有操作权限的操作人员输入“姓名”和“密码”，点击“确认”，为防止误操作，将会弹出如图8所示界面，请该操作人员再次确认下发调节令。
4、结束语
全调节轴流泵采用叶片角度调节进行水泵调节，在机组启动时，使安装角为最小值，让叶片处于封闭状态，这样水泵所需要的功率就降到最低，尤其对同步电机，可以实现降低启动转矩的要求；在机组停机时，把叶片角度调节到最小可以使机组在最小负荷停机，使停机更加平稳。PLC能够更为准确有效的判断和控制叶片在开停机时的叶片角度，这对于开停机组安全是十分有利的。
在机组运行时各个不同的安装角度下水泵的Q-η曲线的最高效率变化不大，调节水泵角度，能达到上下游一定水位条件下对机组流量的需求。通过PLC对水泵叶片角度的远程调节首先是给水泵调节工作带来便利，同时通过PLC开出脉冲量进行周期调节和同步模入量判断使叶片调节更精确，在机组运行时调节更平稳，大大减小人为调节所带来的读数和动作误差。
通过PLC对水泵叶片角度进行远程调节是实现泵站自动化的基础和基本要求，其中遇到的问题和解决办法必将带给我们带来对实现泵站自动化的更多经验和对自动化程度的更高要求。