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浅谈Wincc组态在地铁工程建设防排水系统中的应用

发表时间：2021/5/10 来源：《基层建设》2021年第1期作者：杨国能

[导读] 摘要：通过将Wincc组态应用在地铁工程建设防排水系统中，实现了地下涌水量的自动控制和水泵、电机等设备的远程开停机安全监测控制,使地铁工程建设防排水系统实现远程监控,提高了防排水系统的工作效率和安全性。

        昆明地铁建设管理有限公司云南昆明 650051
        摘要：通过将Wincc组态应用在地铁工程建设防排水系统中，实现了地下涌水量的自动控制和水泵、电机等设备的远程开停机安全监测控制,使地铁工程建设防排水系统实现远程监控,提高了防排水系统的工作效率和安全性。
        关键词：Wincc，防排水，安全性
        1 引言
        随着社会、经济的发展，地铁这种快捷便利的交通工具正井然有序地向二三线城市推进。然而在一个有着历史悠久的城市建设地铁，面临的挑战是巨大的，一条地铁线路建成至投运少则三四年，多则十多年，在地铁的建设以及运营过程中,地下水的危害是一个难题，地下水渗透严重制约工程进度,造成巨大的经济损失和严重的社会影响。目前随着工程装备智能化发展，“机械化换人，自动化减人”的理念，提高工程建设装备自动化水平是一个趋势。
        2 系统概况
        采用wincc工业组态系统，可依据地下涌水量、水仓水位合理调整开停机，水仓水位与开机时间、开机台数形成逻辑关系，可以有效地减少能源浪费。动态实时显示排水系统运行工况画面，远程开停机及数据信号监测，实时对设备状态参数有效监测，形成数据曲线，设备运行更稳定、更可靠。防排水控制系统主要由地面监测、控制部分和隧道排水控制部分组成。控制监测对象包括：水泵、电机、变频启动柜、电动阀门、温度传感器、振动传感器、压力传感器、液位计、流量计等被检测元器件。
        3   控制部分
        采用上位机控制，用于实现地面监控与隧道内的数据传输、并配有功能强大的软件操作系统，用于实现防排水设备、元器件控制与监测，通过光纤网络系统将信息传送到工程现场集控中心系统平台，后台对有关信息进行分析后实现信息的共享。

        供配电系统运行组态画面
        地表Wincc组态系统通过与配电柜连接，能够从地表工控机供电画面实时监测开关柜电流、电压、功率因数以及远程分合闸，实时反映供电状态，组态画面。
        防排水系统控制部分由PLC可编程控制箱、水泵综合集中控制柜和各种传感器组成，具有以下功能。自动启泵过程：综合集中控制箱与PLC结合可实现水位自动监测，系统可根据水位的高低准确地发出开、停泵指令并根据水仓水位变化调整变频器频率。当水位达到高位时，立即起动；当水位继续上升至高位极限水位时，系统根据诊断结果，起动备用水泵，以最大的排水能力来排除隧道涌水。当水位按要求逐渐下降过程中，系统会逐渐减少运行水泵的数量。当以太网或PLC编程箱发生故障时，水泵就地控制箱也能独立本地控制单台水泵运行。
        4 动态显示与画面监控
        系统通过图形动态显示水泵、电机、电动闸阀、射流泵总成的运行状态，采用改变图形颜色或闪烁功能进行事故报警。直观显示电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空状况和压力值。用趋势图或数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和地段、超低段、高端、超高段水位分段报警。采用趋势图或数字形式直观的显示各趟管路压力、水泵轴温、电机温度等进行动态显示。超限报警并自动记录故障类型、时间等历史数据，并建立报警显示页面，提醒工作人员及时检测、避免水泵和电机的损坏。上位计算机监控系统还可通过操作员发送指令控制系统的运行，输入运行数据，修改控制参数，实现操作人员的控制指令，依据权限位置不同，对响应权限的设备进行控制。操作人员能够对排水设备进行实时检测、监视和必要的控制。上位机监控单台机组画面如图所示。

        单台机组运行组态画面
        控制系统具有地面远程自动、地面远程手动、现场自动、现场手动等几种工作方式。
        5 系统保护功能
        （1）电动机故障保护
        由电网系统提供井下水泵高压开关的参数，利用上位机和PLC实时监测电压、电流、漏电、超负荷等电气故障，并进行控制。（此功能依据现场的高压开关柜综合保护装置配置而定）
        （2）水泵启动保护
        水泵在启动时候，先启动射流泵或者是真空泵，监测真空管路的压力，当压力达到设定值时，启动水泵电机，同时关闭真空管路阀门，水泵电动阀门打开后，监测排水管内的压力，当在一定时间内，压力没有达到设定值时，系统就会自动停止水泵的运行并发出故障报警信号。
        （3）超温保护
        水泵机组在长期运行中，当轴承温度或者定子温度超过设定值时，系统就会发出故障报警信号并根据情况停机。
        （4）电动闸阀保护
        当控制阀门开关后，电动阀门会反馈一个状态信号给PLC,当两者信号不一致时，系统就会发出告警并在上位机上显示报警信息。
        6 结束语
        地铁工程建设防排水系统中以Wincc组态软件平台为基础的远程控制系统实现了对地下防排水系统的实时控制与调整，提高了排水效率，减少了维护费用，同时具有故障响应及时，操作简单方便，控制过程模拟形象，组态画面丰富等特点。进一步提高了防排水系统的工作效率和安全性。
        参考文献：
        [1] 赵小聪.西门子PLC在电厂输煤程控系统中的应用[J].电站辅机.2004.22（1）.
        [2] 路明、雷亚军.组态软件Wincc在自动监控系统中的应用[J].计算技术与自动化.2003.22（4）.
        [3] 仝维.组态软件Wincc在化工厂自动监控系统中的应用[J].机械与电子.2008.（3）.
        [4] 王志开.PLC与Wincc组态软件在自动控制中的应用[J] .2005（5）.
        作者简介：杨国能（1989.8-），男，汉族，云南昆明人，工学学士，注册安全工程师，一级建造师，就职于昆明地铁建设管理有限公司，研究方向为工厂供配电、工业过程自动化控制。