小型船闸监控系统设计与实现.doc

1、1小型船闸监控系统设计与实现王兴贺,沙洪*（信息与控制工程学院，自动化 1001 班）摘 要：随着科技发展和社会进步，计算机监控技术已在我国的水利事业中被广泛应用于泵站监控、船闸监控、闸门监控、变电站监控等方面。在船闸自动化监控方面，可编程控制器技术较为成熟地应用使得船闸监控系统也逐渐趋于完善。主要实现了用 PLC 实现小型船闸的自动控制，并给出了比较详细的系统设计过程，系统配置，及程序运行的结构框图，及相应的程序，井介绍了船闸的结构和工作原理，对 PLC船闸自动控制系统的完善具有重要意义。关键词: 船闸闸门；自动控制；PLC；WinCC0 引 言近年来，水闸在水利工程上得到了广泛的应用。在传

2、统水闸启闭机控制系统中，由于电器触点数量较多，可靠性较差，闸门开度仅凭肉眼观察，误差大等原因，难以达到所期望的控制要求。提出了基于 PLC 和 WinCC 的控制方案，利用可编程控制器(PLC)的抗干扰能力强，可靠性高，平均无故障时间长以及 WinCC 良好的可视化的等特点，对水闸控制系统的启闭机自动启闭闸，手动启闭闸以及闸位，水位实时监控，显示和各种故障情况的报警连锁保护控制等进行了系统设计。1 工艺流程小型船闸监控系统工艺流程如图 1 所示。上游提阀 上游开阀 上游关阀下游关阀 下游开阀 下游提阀图 1 工艺流程图本系统的闸门是位于河道上的船闸，分为上下游两个闸首，每个闸首各由一个单孔闸门

3、构成，为充分发挥工程效益和提高工程运行管理水平，建设闸门自动化监控系统。监控系统要对上、下闸首闸门（启闭机等）进行控制，并控制通航指挥系统的上、下闸首的通航信号灯等设备；测量上游、下游及闸室水位置。*指导教师:沙洪（1974-）,女,吉林省吉林市人, 中油吉化高碳醇厂工程师,主要从事精细化工,联系方式: 13596209120.2船闸的工作流程分为上行和下行两部分，上行部分为：闸室水位与下游水位一致，下闸门打开，下闸首通行指示灯亮，船只进入闸室；船只完全进入闸室关闭下闸门，等待闸室水位与上游水位一直，打开上闸门，上闸首通行指示灯亮，船只进入上游；船只完全进入上游，关闭上闸门。下行过程为：水位与

4、上游水位一致，上闸门打开，上闸首通行指示灯亮，船只进入闸室；全进入闸室，关闭上闸门，等待闸室水位与下游水位一致，打开下闸门，下闸首通行指示灯亮，船只进入下游；船只完全进入下游，关闭上闸门。2 系统软件介绍在分析工艺流程的基础上，进行船闸闸门自动监控系统控制方案研究与确立，上位机画面组态选用德国西门子公司的 WinCC7.0，下位机同样选用 Step 7V5.5，并通过 MPI 协议实现通讯，在下位机控制输出点的同时可以良好的在上位机画面中实现画面动作，真正实现对船闸自动控制系统的各个参数的监控和报警查询。3 控制系统开发3.1 下位机程序设计根据控制要求，确定 11 个数字量输入点，16 个数

5、字量输出点，确立 I/O 点表，具体如表 1。表 1 I/O 点表序号 名 称 地址 类 型 序号 名 称 地址 类 型1 手 动 I0.0 BOOL 15 上闸门关闭 Q4.3 BOOL2 开上闸门 I0.1 BOOL 16 下闸门开启 Q4.4 BOOL3 关上闸门 I0.2 BOOL 17 下闸门关闭 Q4.5 BOOL4 开下闸门 I0.3 BOOL 18 下闸首通行灯 Q4.6 BOOL5 关下闸门 I0.4 BOOL 19 下闸首禁行灯 Q4.7 BOOL6 开 船 I0.5 BOOL 20 上闸门上限检测 Q5.0 BOOL7 停 船 I0.6 BOOL 21 上闸门下限检测 Q

6、5.1 BOOL8 自 动 I0.7 BOOL 22 下闸门上限检测 Q5.2 BOOL9 停 止 I1.0 BOOL 23 下闸门下限检测 Q5.3 BOOL10 下 行 I1.1 BOOL 24 船进入闸室 Q5.4 BOOL11 上 行 I1.2 BOOL 25 船进入下游 Q5.5 BOOL12 上闸门开启 Q4.0 BOOL 26 船行驶 Q5.6 BOOL13 上闸首通行灯 Q4.1 BOOL 27 船进上游 Q5.7 BOOL14 上闸首禁行灯 Q4.2 BOOL 283PLC 的种类繁多，品种多样，在进行硬件选型时，首先要估算输入、输出点，一般要在确定点数上增加 10%20%的

7、扩展空间。在存储器的估算上，按照 I/O 点数的 1015 倍，以此数为内存总字数，另外加上 25%考虑余量。机型通常分为整体式和模块式，对于本设计，选择模块式结构。对于下位机程序，有经验法和顺序功能图两种方法，本设计都是按“步”进行，所以选择顺序功能图。在上电后进行手动、自动方式的选择，其中手动方式的顺序功能图如图2。M 0 . 0M 1 . 0M 0 . 7M 0 . 6M 0 . 5M 0 . 4M 0 . 3M 0 . 2M 0 . 1M 1 . 1I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 4上电准备开启

8、上闸门开启上闸门过程船行驶到闸室船停止关闭上闸门开启下闸门船行驶到下游船 停止关闭下闸门Q 4 . 2 ( S ) Q 5 . 5 ( R ) Q 4 . 3 ( S ) Q 4 . 5 ( S ) Q 4 . 7 ( S ) Q 5 . 1 ( S ) Q 5 . 3 ( R )Q 4 . 0 ( S ) Q 4 . 1 ( S ) Q 5 . 1 ( R ) Q 5 . 0 ( S ) Q 4 . 2 ( R ) Q 4 . 3 ( R ) Q 5 . 6 （ S ）Q 5 . 4 ( S ) Q 5 . 6 ( R ) Q 4 . 3 ( S ) Q 4 . 2 ( S ) Q 5 .

9、1 ( S ) Q 4 . 0 ( R ) Q 4 . 1 ( R ) Q 5 . 0 ( R )Q 4 . 4 ( S ) Q 4 . 6 ( S ) Q 4 . 7 ( R ) Q 5 . 2 ( S ) Q 4 . 5 ( R ) Q 5 . 3 ( R ) Q 5 . 6 ( S ) Q 5 . 4 ( R ) Q 5 . 5 ( S ) Q 5 . 6 ( R ) Q 4 . 5 ( S ) Q 4 . 7 ( S ) Q 4 . 4 ( R )Q 5 . 3 ( S ) Q 4 . 6 ( R ) Q 5 . 2 ( R ) I 1 . 1图 2 手动顺序功能图3.2 上位机监控组

10、态以下闸首为例，点击开闸时闸门升起，闸室水位上升，当水位一致时，船只能顺利通行，此过程中需要在水、闸门、船的坐标上进行 C 动作编程，并在上游水位和闸室水位输出域中连接变量，能反映出水位变化值。4图 3 下闸首4 结论在本系统中，确定了船闸的 PLC 控制设计，编写了相应的软件程序，经过对 I/O 进行实时仿真，实现了船闸的上下行运行过程的实现，达到预期效果，结合 WinCC 监控软件，实现以人为本的工作理念，今后 PLC 将会发挥越来越重要的作用。参考文献1 朱红亮.航道工程管理信息化J.中国水运,2011,32(11):42-43.2 廖常初.PLC 编程及应用M.北京:机械工业出版社,2

11、002. 3 苏昆哲.深入浅出西门子 WinCC V6.0 M.北京:航空航天大学出版社,2005.4 孙晋明.PLC 在船闸的应用J.中国水运,2005,25(8):51-52.5 王海峰,顾战松.基于 PLC 的控制系统J.电气自动化,2003,25(6):62-64.5Design and Implementation of Monitoring System for Small Navigation Lock Gate WANG Xing-he,SHA Hong*(Class-0901, Major of Automation, College of Information Automatic Control; PLC; WinCC