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摘要：近些年来，随着通信和自动化控制相关技术的发展，计算机控制领域正在快速地从城市排水领域的设备层面覆盖到管理维护层面，PLC控制技术以接口开放和操作灵活等特点，成为本世纪自动化控制的前端。由于城市排水系统分布广泛，有的甚至在地下，给管理带来极大的困难，所以需要建设一套满足管理要求，性能稳定、运行可靠城市排水系统，就显得尤为重要了。本文主要论述了一种结合PLC控制的城市排水系统的应用。
关键词：PLC；城市排水；控制；应用
一、引言
城市排水是现代化城市不可缺少的重要基础设施，是城市水污染防治和城市排涝、排渍、防洪的骨干工程。排水设施主要包括接纳、输送城市排水的管网、泵站、沟渠，起调蓄作用的湖塘、河道以及污水处理厂、污泥最终处置及相关设施。另外由于城市排水系统分布广泛，有的甚至在地下，给管理带来极大的困难，为了改变这种局面，提升管理水平，需要建设一套满足管理要求，性能稳定、运行可靠的管网自动化监测系统。因此在PLC（可编程逻辑控制器）技术的基础上，结合计算机技术和网络技术，建立起来的城市排水系统就起着至关重要的作用。
二、PLC控制城市排水系统设计思想
采用分级分布式计算机控制系统，对工艺过程进行集中管理、分散控制。其总体设计思想是：利用电信的虚拟专用网络VPN作为整个系统的通讯网络，做到不管有多少个泵站和多少个水池，距离有多远，所有的控制和看管工作均由PLC和计算机远程自动完成。并且实现了客户端之间的无关性，可实现多客户端操作，使客户端机器协调工作，提高整个排污系统的工作效率。节省大量资金，减少人员编制，提高管理，具有极大的经济效益和社会效益。同时提供多级容错机制，保证系统能够安全顺畅地运行。
三、PLC控制的城市排水系统概述
PLC过程控制系统是市政供排水自动化系统的基础，它按照预先制定的控制模型和控制规律完成供排水系统生产过程自动化控制，并将有关的生产数据和过程信息通过网络提供给管理信息网络作为整个系统的信息源。PLC系统同时还能接受来自上一级系统的控制指令完成相应的控制任务或进行系统控制规律的重组和整合。因此，PLC系统网络和信息系统主干网络是整个市政供排水自动化信息系统的核心，也是本文所要讨论的重点内容。通过对通信网络和各功能子系统的讨论，阐明整个网络的结构和构成以及各个功能子网络之间的通信关系，解决大型系统网络设计的有关问题。
本系统由计算机主机，可编程控制器（PLC），液位传感器组成，电能统计电度表组成。系统嵌入进原先的控制系统中，既保留了原先的控制功能又添加了新的远程自动控制功能和大量的数据存储和分析统计功能。系统可根据操作人员在计算机中设定的参数，在不同水位下自动开停机，也可由操作人员在计算机上直接开停机。每台水泵及格栅机均可通过转换开关，选择计算机自动控制；如果计算机遇到故障还能由PLC里的控制系统完成自动控制各机器功能；或脱离计算机控制，改为原先的控制系统。
四、PLC控制的城市排水系统的建设
1、在供水工程方面
以水库供水工程为重点，在水库、净水厂设立控制中心，在沿途输水管线各设立5个管理所。各个控制中心按各自的工作职能均设有独立的子系统，直接通过光纤链路进行构建供水工程网络系统。该系统分为三级：第一级为远程采集控制站级，其监控现场都配有一套功能完善的PLC系统完成本地测控功能及通信功能；第二级为控制中心调度级，主要进行数据的监测与管理，同时将必要信息上报城市水文信息中心；第三级为供排水集团公司总调度中心。
2、在通讯方面
为提高通讯的可靠性，远程站以上各控制中心局域网采用光纤以太网辅以有线PSTN作为备用线路。远程站级采用光纤、有线和无线相结合的方式。其中，设在净水厂的控制中心主要负责监控全厂水处理过程中各工艺参数的变化、设备工作状态和运行管理。在中央控制室可根据进、出水水质的变化情况和处理的需要，调整各站工艺运行参数，修改时间参数等，所有时间、次数等参数均能根据具体情况进行调整。该监控系统与各现场控制站构成欧姆龙工业级高可靠性的ControllerLink光纤环网，具有集中监视、分散控制的功能。同时，当监控工作站故障或不使用时，下位双机冗余的高可靠性PLC控制站CS1D仍可继续工作而不影响整个工艺过程控制和检测。
3、在排水工程方面
主要以主污水泵站为排水分调度中心，采用单模光纤连接7座沿江污水泵站；采用无线传输方式（数传电台或GPRS）将市内7座污水泵站的现场测控数据传输至集团调度中心，再由调度中心下传至主排水分调度中心。5座污水处理厂中的两座通过预埋的6芯单模光纤直接和排水主泵站分调度中心进行通信，再通过租用光纤线路和有线PSTN作为备用线路将数据传输至集团调度中心。另外3座污水处理厂在现场控制层和上位操作站之间采用欧姆龙高可靠性的工业级光纤环网ControllerLink，上位计算机和服务器之间连接成以太网再通过光纤线路直接连接至供排水主调度中心，从而构筑成集现地控制级的FCS、中心信息管理层的以太网和上层集团调度中心的光纤传输网络于一体的完整的控制系统。
4、输水管线监控
输水管线工程的控制及仪表系统采用欧姆龙高可靠性的工业控制系统PLC CS1系列。范围包括5个管理所内设备的控制和数据采集，以及输水管线沿途压力控制点的数据采集。欧姆龙的CS1系列PLC模块上直接内置以太网标准的RJ-45口，通过光纤转换器直接将信息通过光纤以太网向供排水集团主调度中心进行数据交换。流量计采用电磁式流量计，用于流量测量。液位计采用超声波液位计，用于调压井的液位测量。压力检测仪表采用压力变送器，用于各处压力的测量。
5、排水工程
主要以排水主泵站为分调度中心，通过预埋的六芯单模光纤完成7座沿江泵站和2座污水处理厂的通讯连接。而15座市内排水泵站通过无线数传电台或GPRS网络直接将数据上传至供排水集团主调度中心，然后通过光纤链路再由主调度中心下传至排水主泵站分调度中心。另外的3座污水处理厂在各自构成本地独立的基于PLC控制的SCADA监控系统后再由上位信息层通过光纤链路直接将数据和信息上传至供排水集团主调度中心，其结构和净水厂的自控监控系统类似。
6、监控层在泵房内设控制室，带有视频监控，主要监控整个泵房内格栅机和每台泵的运行状态，各种机柜的电流电压度表与计算机显示是否一致，监控处理过程由PLC的模拟输入模块进行数据采集，并将有关水泵的运行状况及有关信息上传污水处理监控中心，污水处理监控中心则将指令下传至各PLC控制器，由PLC控制现场各仪器及仪表。
7、管理层主要在污水处理厂远程监控中心完成，所有采集的数据通过虚拟局域网远程通信传输到监控层桌面个人计算机，而桌面个人计算机又通过RS232通信模块发送控制命令给PLC，完成水泵的启动和停止控制。总揽整个系统的运行情况。系统同时还充分考虑了在特殊情况下的现场手动控制以保证排水系统的流畅运行并有效地保护设备。对水泵耗电量用电流、电压、时间来计算。当出现停电情况时，PLC将记忆检测的数据，桌面个人计算机将记忆设置状态。当出现故障时，个人计算机进行报警，同时记忆相应的状态，使其在脱机状态下，整个系统独立运转。
五、结束语
总之，在城市排水系统中，采用PLC控制技术极大的提高了相关处理过程的效率。随着城市和工业的快速发展，在排水控制系统中，以工业计算机和PLC为控制系统的基础，采用标准和专用的软件，通过中央控制器和处理单元实现现场控制和远程孔子的一体化技术。采用这样的优良系统具有非常大的潜力和市场意义。
参考文献：
[1]国建刚：《基于PLC控制的寒地大型市政供排水綜合自动化信息系统的设计与实现》，《黑龙江水专学报》，2008年03期
[2]谭国俊 韩耀飞：《基于 PLC 的中央泵房自动化设计》，《工矿自动化》，2006年01期
[3]张先立刘霁萱：《城市排水工程建设中亟待解决的几个问题》，《给水排水动态》，2007年02期
[4]何平王纪坤蔡敬坤：《基于PLC的雨水泵站控制系统设计》，《舰船电子工程》，2010年08期
关键词：PLC；城市排水；控制；应用
一、引言
城市排水是现代化城市不可缺少的重要基础设施，是城市水污染防治和城市排涝、排渍、防洪的骨干工程。排水设施主要包括接纳、输送城市排水的管网、泵站、沟渠，起调蓄作用的湖塘、河道以及污水处理厂、污泥最终处置及相关设施。另外由于城市排水系统分布广泛，有的甚至在地下，给管理带来极大的困难，为了改变这种局面，提升管理水平，需要建设一套满足管理要求，性能稳定、运行可靠的管网自动化监测系统。因此在PLC（可编程逻辑控制器）技术的基础上，结合计算机技术和网络技术，建立起来的城市排水系统就起着至关重要的作用。
二、PLC控制城市排水系统设计思想
采用分级分布式计算机控制系统，对工艺过程进行集中管理、分散控制。其总体设计思想是：利用电信的虚拟专用网络VPN作为整个系统的通讯网络，做到不管有多少个泵站和多少个水池，距离有多远，所有的控制和看管工作均由PLC和计算机远程自动完成。并且实现了客户端之间的无关性，可实现多客户端操作，使客户端机器协调工作，提高整个排污系统的工作效率。节省大量资金，减少人员编制，提高管理，具有极大的经济效益和社会效益。同时提供多级容错机制，保证系统能够安全顺畅地运行。
三、PLC控制的城市排水系统概述
PLC过程控制系统是市政供排水自动化系统的基础，它按照预先制定的控制模型和控制规律完成供排水系统生产过程自动化控制，并将有关的生产数据和过程信息通过网络提供给管理信息网络作为整个系统的信息源。PLC系统同时还能接受来自上一级系统的控制指令完成相应的控制任务或进行系统控制规律的重组和整合。因此，PLC系统网络和信息系统主干网络是整个市政供排水自动化信息系统的核心，也是本文所要讨论的重点内容。通过对通信网络和各功能子系统的讨论，阐明整个网络的结构和构成以及各个功能子网络之间的通信关系，解决大型系统网络设计的有关问题。
本系统由计算机主机，可编程控制器（PLC），液位传感器组成，电能统计电度表组成。系统嵌入进原先的控制系统中，既保留了原先的控制功能又添加了新的远程自动控制功能和大量的数据存储和分析统计功能。系统可根据操作人员在计算机中设定的参数，在不同水位下自动开停机，也可由操作人员在计算机上直接开停机。每台水泵及格栅机均可通过转换开关，选择计算机自动控制；如果计算机遇到故障还能由PLC里的控制系统完成自动控制各机器功能；或脱离计算机控制，改为原先的控制系统。
四、PLC控制的城市排水系统的建设
1、在供水工程方面
以水库供水工程为重点，在水库、净水厂设立控制中心，在沿途输水管线各设立5个管理所。各个控制中心按各自的工作职能均设有独立的子系统，直接通过光纤链路进行构建供水工程网络系统。该系统分为三级：第一级为远程采集控制站级，其监控现场都配有一套功能完善的PLC系统完成本地测控功能及通信功能；第二级为控制中心调度级，主要进行数据的监测与管理，同时将必要信息上报城市水文信息中心；第三级为供排水集团公司总调度中心。
2、在通讯方面
为提高通讯的可靠性，远程站以上各控制中心局域网采用光纤以太网辅以有线PSTN作为备用线路。远程站级采用光纤、有线和无线相结合的方式。其中，设在净水厂的控制中心主要负责监控全厂水处理过程中各工艺参数的变化、设备工作状态和运行管理。在中央控制室可根据进、出水水质的变化情况和处理的需要，调整各站工艺运行参数，修改时间参数等，所有时间、次数等参数均能根据具体情况进行调整。该监控系统与各现场控制站构成欧姆龙工业级高可靠性的ControllerLink光纤环网，具有集中监视、分散控制的功能。同时，当监控工作站故障或不使用时，下位双机冗余的高可靠性PLC控制站CS1D仍可继续工作而不影响整个工艺过程控制和检测。
3、在排水工程方面
主要以主污水泵站为排水分调度中心，采用单模光纤连接7座沿江污水泵站；采用无线传输方式（数传电台或GPRS）将市内7座污水泵站的现场测控数据传输至集团调度中心，再由调度中心下传至主排水分调度中心。5座污水处理厂中的两座通过预埋的6芯单模光纤直接和排水主泵站分调度中心进行通信，再通过租用光纤线路和有线PSTN作为备用线路将数据传输至集团调度中心。另外3座污水处理厂在现场控制层和上位操作站之间采用欧姆龙高可靠性的工业级光纤环网ControllerLink，上位计算机和服务器之间连接成以太网再通过光纤线路直接连接至供排水主调度中心，从而构筑成集现地控制级的FCS、中心信息管理层的以太网和上层集团调度中心的光纤传输网络于一体的完整的控制系统。
4、输水管线监控
输水管线工程的控制及仪表系统采用欧姆龙高可靠性的工业控制系统PLC CS1系列。范围包括5个管理所内设备的控制和数据采集，以及输水管线沿途压力控制点的数据采集。欧姆龙的CS1系列PLC模块上直接内置以太网标准的RJ-45口，通过光纤转换器直接将信息通过光纤以太网向供排水集团主调度中心进行数据交换。流量计采用电磁式流量计，用于流量测量。液位计采用超声波液位计，用于调压井的液位测量。压力检测仪表采用压力变送器，用于各处压力的测量。
5、排水工程
主要以排水主泵站为分调度中心，通过预埋的六芯单模光纤完成7座沿江泵站和2座污水处理厂的通讯连接。而15座市内排水泵站通过无线数传电台或GPRS网络直接将数据上传至供排水集团主调度中心，然后通过光纤链路再由主调度中心下传至排水主泵站分调度中心。另外的3座污水处理厂在各自构成本地独立的基于PLC控制的SCADA监控系统后再由上位信息层通过光纤链路直接将数据和信息上传至供排水集团主调度中心，其结构和净水厂的自控监控系统类似。
6、监控层在泵房内设控制室，带有视频监控，主要监控整个泵房内格栅机和每台泵的运行状态，各种机柜的电流电压度表与计算机显示是否一致，监控处理过程由PLC的模拟输入模块进行数据采集，并将有关水泵的运行状况及有关信息上传污水处理监控中心，污水处理监控中心则将指令下传至各PLC控制器，由PLC控制现场各仪器及仪表。
7、管理层主要在污水处理厂远程监控中心完成，所有采集的数据通过虚拟局域网远程通信传输到监控层桌面个人计算机，而桌面个人计算机又通过RS232通信模块发送控制命令给PLC，完成水泵的启动和停止控制。总揽整个系统的运行情况。系统同时还充分考虑了在特殊情况下的现场手动控制以保证排水系统的流畅运行并有效地保护设备。对水泵耗电量用电流、电压、时间来计算。当出现停电情况时，PLC将记忆检测的数据，桌面个人计算机将记忆设置状态。当出现故障时，个人计算机进行报警，同时记忆相应的状态，使其在脱机状态下，整个系统独立运转。
五、结束语
总之，在城市排水系统中，采用PLC控制技术极大的提高了相关处理过程的效率。随着城市和工业的快速发展，在排水控制系统中，以工业计算机和PLC为控制系统的基础，采用标准和专用的软件，通过中央控制器和处理单元实现现场控制和远程孔子的一体化技术。采用这样的优良系统具有非常大的潜力和市场意义。
参考文献：
[1]国建刚：《基于PLC控制的寒地大型市政供排水綜合自动化信息系统的设计与实现》，《黑龙江水专学报》，2008年03期
[2]谭国俊 韩耀飞：《基于 PLC 的中央泵房自动化设计》，《工矿自动化》，2006年01期
[3]张先立刘霁萱：《城市排水工程建设中亟待解决的几个问题》，《给水排水动态》，2007年02期
[4]何平王纪坤蔡敬坤：《基于PLC的雨水泵站控制系统设计》，《舰船电子工程》，2010年08期