最近几年天津市每到夏季均有几次特大暴雨降临，由于瞬时的雨量很大，再加上城区雨水管网比较老旧，排水防涝工作尤为重要。本设计是一种基于西门子S7-300为控制核心的雨水泵的系统方案，并且对于软硬件设计均有阐述。 另外该系统采用了PROFIBUS-NET现场总线技术将分布现场的智能仪表的数据信息发送给位于远程的基于WINCC的上位机系统，方便给排水管理处及时获取现场设备状况。不仅提升泵站工作可靠性而且实现远程监控和控制的设计要求，达到甲方的设计要求。
【关键词】泵站 PLC 上位机 轮值控制
1 系统概况
该截流泵站担负着城市排水防涝的重要任务，泵站设计流量Q=7.0m3/s。泵站采取正向进水、反向出水的布局方式，地下采用两层式结构，负二层为泵站进水闸井、格栅井、集水池、潜水泵井，负一层为泵站压力出水池、电缆夹层；地面一层为泵站低压变配电室、值班室，地面二层为高压配电室。
2 泵站工艺设备
主要工艺设备安装：泵站将4台250KW潜水泵安装在集水池中，进水闸井内安装2台1800×2400及1台DN1200镶铜铸铁闸门，格栅除污机井安装2台格栅除污机及1台螺旋输送压榨机，出水闸井井内安装2台DN1800镶铜铸铁闸门。
3 系统概述及系统配置
该泵自动控制系统控制格栅机、螺旋输送机、四台水泵等自动控制、根据超声波液位计的数据采集信息判断水泵启停情况等功能。硬件部分主要包括控制柜（西门S7-300PLC、西门子触摸屏、鼎实485-Profibus转换器、断路器、继电器、MOXA交换机等）、操作台（包括监控电脑）以及四个超声波仪表。软件部分主要包括软件开发平台Siemens Step7 v5.5、Wincc 7、Wincc flexible 2008 SP4。
3.1 系统硬件
PLC控制柜PLC采用西门子S7-300控制器，通过数子量和模拟量模块连接现场的标准信号，采集现场的各模拟量液位，及泵、闸门、螺旋输送机、格栅机的各种状态，通过Siemens Step7 v5.5 软件编程，并在监控电脑和触摸屏上有所显示控制。
3.2 技术指标
（1）控制柜环境温度：0～60℃；
（2）控制柜相对湿度：5～95%，无凝结；
（3）PLC工作电压：DC 24V；
（4）PLC工作存储器：265KB；
（5）PLC装载存储器：可插拔，最大8MB；
（6）传输距离：屏蔽电缆 1000米；非屏蔽电缆600米
3.3 系统架构
4 自动控制控制系统设计
具有对现场工艺、电气数据的采集和对设备的监控等功能，形成一整套独立的完整的闭环自动化控制系统。利用通讯系统完成各类信号的采集 、管理任务，将各类信号监控并能远距离传送。
4.1 闸门
（1）控制要求：分为手动/自动控制。
（2）监控要求：每做闸门具有“手/自动转换”、“开信号“、”关信号“、”全开信号”、“全关信号”、“过扭矩顾障”开关量输入信号，“开命令”、“关命令”开关输入信号。
4.2 格栅机
控制要求：手动/自动控制。自动控制有多种方式：
（1）水位差自动控制：根据超声波流量计在不同点位测量值，分析出流量情况，并根据实际情况启动格栅机
（2）基于运行时间控制：累积每台格栅机的运行时间，和运行次数，在上位系统中可以选择是从格栅运行时间最少的开始启动，或是从运行次数最少开始启动。
（3）整体联动控制：格栅除污机应先于水泵运行，并在水泵电机运行结束后停止。控制系统将根据软件程序自动控制螺旋输送压榨机与格栅除污机的顺序格启动、运行、停车以及安全联锁保护。
（4）监控要求：格栅除污机具有“手/自动转换”、“运行信号”、“故障”开关量输入信号，“开命令”开关量输出信号。
4.3 螺旋输送压榨机
（1）控制要求：螺旋输送机与格栅机配合控制。当格栅机运行时，螺旋输送机运行，直至格栅机停止运行后，螺旋输送机滞后一定时间停止运行。并且时间可以设定。
（2）监控要求：螺旋输送机具有“手/自动转换”“运行信号”“故障”开关量输入信号，“开命令”开关量输出信号。
4.4 水泵电机的启动及控制
（1）控制要求：水泵电机均采用软启动方式。水泵电机具有手动及PLC自动控制两种方式。通过超声波液位计测得的实时水量情况，根据程序设定启动相应的水泵台数。当水位升降至某一设定的水位值后，控制系统将按上位机设定参数自动减少水泵运行台数。
同时，该程序设计根据每台水泵的接触器导通时间计算其运行时间，运行次数，并且可以在上位上选取是基于运行时间模式，次数模式。时间模式或次数模式是每次都启动在上一次运行时使用频率较少的那一台水泵，避免总是用1#，2#水泵情况发生，保证总体运行时间基本相等，提高每台水泵使用寿命，减少维修成本。并且根据超声波液位计提供的水位，进行水泵全自动开停控制。
（2）监控要求：①水泵具有“手/自动转换：、“运行信号”、“泵机故障”、“软起故障”开关量输入信号，“开命令”开关量输出信号。②程序中设计低水位运行保护模式，当液位计测量出水位过低时，自动停止水泵运行，并对给上位机发出信号，及保护设备又便于工作人员现场确认。
4.5 电量参数
监视要求：泵站内高压系统中的“手车工作位置”、“三相电压”、“三相电流”、“断路器合闸”、“断路器分闸”等信号，低压系统中的“三相电流”、“三相电压”、“有功功率”、“无功功率”、“功率因素”等智能仪表数据分别通过MODBUS-RTU通讯协议传送到PLC控制柜中，并将MODBUS-RTU信号通过转换模块转换成Profibus-DP现场总线，该总线为标准的西门子现场总线，西门子S7-300PLC可以方便的读取数据信息。
5 泵站运行监控计算机控制系统
泵站运行计算机通过现场交换机与PLC控制柜进行以太网通讯，实现闸门、格栅机、螺旋输送机、水泵等各类信号以及液位信号个电量参数信号的显示和处理，并通过泵站运行监控计算机系统对电气数据监视和对现场工艺设备开、停操作。2，3图为泵站上位机主画面1，2。
6 结语
该系统利用S7-300PLC实现雨水泵完全自动化，并满足设计控制要求，保障设备运行稳定性，并且采用时间轮值和设备轮值两种不同的控制模式，更加合理的使用设备方案，为日后的维修维护做出了改善。通过上位机的WINCC组态软件，将水位信息，电力数据，电力运行情况等现场数据实时采集，并以图形显示、归档，使其具有更加实用性，和信息追溯性。该系统现已正式运行，达到良好的控制效果。
参考文献
[1]SIMATIC WinCC组态手册.
[2]SIMATIC S7-300软硬件手册.
[3]何平，王纪坤.基于PLC的雨水泵站控制系统设计[J].舰船电子工程，2010（08）.
[4]崔博，许广宾.基于S7-300的污水泵站自动控制系统设计[J].工矿自动化，2010（10）.