略谈PLC在桥闸自动控制中的应用.doc

1、略谈 PLC 在桥闸自动控制中的应用【摘要】：桥闸是水利建设最重要的一环，桥闸对大江大河及其流域起着防洪、排涝、抗旱、灌溉和航运的作用，是关系国计民生的重要设施，可见桥闸的好坏直接影响中国水利的兴亡。本文就 PLC 在桥闸自动控制中的应用进行了分析。 【关键词】：节制闸；自动控制；PLC 中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号： 一、PLC 的概念 PLC 通俗来讲就是可编程控制单元的缩写。依据用户所编写程序的命令要求工作，根据 PLC 中的 CPU 顺序扫描各个输入点状态处理数据，最后向各输出点发出相应的控制信号或数据。PLC 系统的接线量非常小，因为它只有输入端和输出端采用实际接线，其

2、他内部的线路都已经通过程序关联起来，在工作时 PLC 运行存储在其内部存储器之中的程序，如果控制要求有所变化，只要修改存储器中的控制程序，就可以完成改变而不用去变动接线，充分体现了控制的灵活性、通用性和广泛性。 PLC 是一种广泛应用于工业生产控制的智能模块单元，其结构包含以下几个方面：电源、CPU、功能模块以及通信模块。PLC 的电源在整个系统中起着举足轻重的作用，当电源出现问题时整个系统都将无法工作，所以说 PLC 的供应商对电源的制作是非常重视的，一般电压在一点范围内波动，而且电源要能和交流电网有效融合。CPU 是整个系统的大脑，它控制着整个系统数据的处理，可以判断系统状态，将寄存器的数

3、据传到对应的输出装置或者其他寄存器。功能模块主要包括计数以及定位等功能模块。通信模块的工作过程一般分为三个阶段，输入采样阶段、用户程序执行阶段以及输出刷新阶段。三阶段紧密衔接，相互照应。 二、PLC 的系统结构 桥闸自动控制系统采用环形总线分布式控制模式，实现对闸门的远程集中控制。系统最高层为上位监控系统，它包括监控计算机、管理计算机、服务器以及连接他们的网络系统，实现各计算机之间的通讯。控制层内由一台 PLC 可编程控制器来完成，模块间通过 InterBus 总线方式通讯，实现对闸门的开启高度、闸前水位、流量等数据的实时采集，然后将采集数据经以太网传输给上位监控计算机，输出模块则控制闸门的启

4、闭动作。最低层为现场设备，保留现场设备原有的手动操作启闭机功能，同时增设远程接口控制电气回路，接受 PLC 桥闸自动控制系统的命令并动作。 三、系统主要功能 1、数据采集 数据采集单元主要收集闸位计、水位计、或者流量计等设备上传的采集变量，根据通信协议进而分析得出确切数据，包括启闭机运行参数、各种环境参数以及设备状态等。 (1)启闭机运行参数为闸门的上升或下降状态、运行上下限位情况、闸门开启高度、闸门荷重等。闸门的运行限位和开启高度情况由闸位计输入模块采集，上升或下降状态由 PLC 从闸位计处得到的闸位数据比对得出、闸门荷重由荷重传感器采集，各种数据经由 PLC 模块处理或者直接上传给上位控制

5、计算机。 (2)动力系统参数为断路器状态、控制电压、启闭机电流、电机过载情况、相序情况等。桥闸自动控制系统设计采用中间继电器、电压变送器、电流变送器、过载继电器和相序保护器等在适当的位置安装，由 PLC采集并处理。 (3)环境参数为闸前水位、闸后水位、闸室(启闭机房)温度、湿度等。理想情况下桥闸自动控制系统设计在闸前、闸后分别安装一台超声波水位计，闸室安装温湿度传感器，PLC 模拟量模块采集 420mA 电流信号，并进行计算和处理。 2、电气控制 电气控制主要由各种电气设备(空气开关、中间继电器、交流接触器等)组成。通过 PLC 桥闸自动控制系统控制柜上的“自动/手动”拨码开关切断或接通两条不

6、同的回路。电气控制单元设计多重保护功能，电机过载保护器在电机过载时能自动切断电源保护设备；上下限位开关在闸门升降到极限位置时，自动切断启闭机电源，保护电机不过转；回路里串有的相序保护器，能避免三相电源相序混乱造成的电机不正常运转。 3、控制模式 (1)现地手动方式：现地手动方式为所有控制模式的最高等级，不论在何种情况下，当 PLC 桥闸自动控制系统控制柜上选择“手动”操作时，远程对闸门的任何操作都视为无效，闸门只响应 PLC 闸自动控制系统控制柜上操作按钮的动作。 (2)远程自动方式：当 PLC 桥闸自动控制系统控制柜上选择“自动”操作时，在远程上位监控计算机上选择“闸门控制”时，通过上位计算

7、机键盘输入闸门开度，鼠标单击上升或下降，闸门自动运行至指定开启高度后停止，当输入的开度数据超出站门上下限位时，系统将提示输入无效。 四、PLC 系统设计 桥闸自动控制系统选用 SCADAPack 控制系统 PLC，配以各种模拟数字接口，通过 InterBus 开放式现场总线连接开关量和模拟量模块。软件采用 GE Fanuc 公司的 iFIX 组态软件包，它是业界公认的功能强大的编程组态平台，非常易于组态，具有符合多钟编程模式且内置有丰富的过程控制函数库。 本系统主要实现闸门的上升、下降、停止操作，以及闸门的上升、下降状态和闸门运行参数、系统报警、保护信号的采集等。在模块配置中，可重复计算的点以

8、单孔闸为单位设计，如单孔数字量输入点数 4(闸位、过流保护、上限、下限)、数字量输出点数 3(上升、下降、停止)，模拟量输入点数 2(电流、荷重)；不可重复计算的点数统一设计，如“自动/手动”状态，电源监视、开机报警、水位、温度、湿度、控制电压等。多孔闸可以根据孔数确定所需点数，来配置 PLC 系统模块。 PLC 系统程序设计采用模块化编程，结构清晰，易于调试和修改。PLC 程序设计中对闸门的自动操作采用开循环比对控制方式，根据闸位计上传给 PLC 的闸位信息对价位实现精确控制。操作人员在上位监控计算机上输入开度设置值，然后发出指令，其余的工作则由 PLC 自动完成。 五、故障诊断和处理 PL

9、C 自动控制系统是远程监控系统的最底层控制层，更是远程监控系统的基础和关键。远程操作时，操作人员一般不在现场，此时如果闸门启闭过程中发生故障，PLC 必须能够自动诊断出来立即停止启闭机的运行并通过 iFIX 组态软件的判断对系统管理员进行报警，避免发生严重事故。系统施工调试阶段，经现场测试故障类型主要有： (1)闸门上升或下降过程中被障碍物阻挡，出现钢丝绳过紧或过松的情况，此时 PLC 通过检测闸门重量进行越限停机。 (2)闸门上升到上限位或下降到下限位时 PLC 能自动检测并停机。 (3)闸门上升或下降过程电机过载，PLC 通过对电机电流的监测进行过流停机。 结束语 PLC 技术充分体现了现代科技在传统水利自动化应用的优越性。使工作人员全面地掌握和控制桥闸站运行状况，并应用该系统进行水资源调度管理。有效地降低了工作人员的劳动强度、提高了自动控制的精度和稳定性，增强了人性化操作，使工作人员的操作简单方便，直观可靠，真正为桥闸站的管理带来巨大的便利和效益。 参考文献： 1ConstructionTechniqueforNon-DisplacementPileofPiersinTidalRiverJ.ChinaMunicipalEngineering,2004(5):6970. 2罗有生,焦大威,赵建辉.水闸计算机自动控制系统J.人民珠江,2002(3):5860.