浅谈PLC在闸门自动控制系统中的应用

【摘要】本文主要介绍了在油压启闭机启闭闸门的过程中用可编程控制器(PLC)对油泵电动机进行优化控制，通过PLC采集各监测点的状态量、模拟量、开关量和数字量，协调各个被控子系统的运行关系...

摘要：本文介绍了plc在闸门自动控制系统中的应用。它可实现较高的自动化程度，定性和可靠性，减少调试、运行、维护的强度，成为”无人值班，少人值守控制系统。

关键词：PLC 闸门 自动控制系统

中图分类号：TV663 文献标识码：A 文章编号：

引言

闸门作为水电工程的特种设备，肩负着各江河、湖泊、水库等防洪、泄洪、灌溉、蓄水等重要任务。因此，对闸门的动作可靠性、准确性要求极高。随着计算机技术、通讯技术和控制技术的飞跃发展，特别是随着”无人值班，少人值守”这一控制模式的提出，水电厂、水利枢纽的自动控制迫切需求可靠性高、性价比好的闸门控制系统。新一代闸门控制系统以PLC为控制核心，采用现场总线技术，配置感应式传感器作为开度检测。

本文主要介绍了在油压启闭机启闭闸门的过程中用可编程控制器(PLC)对油泵电动机进行优化控制，通过PLC采集各监测点的状态量、模拟量、开关量和数字量，协调各个被控子系统的运行关系，合理控制各油泵电机的启停，监测闸底板下(岸墙)的扬压力及上下游水位，通过人机界面和多媒体方式在中控室各被控对象进行报警和控制。

1、系统构成

水库扩大泄量工程的自动控制主要是根据其闸门的运行方式控制油泵电机的启停，其监控系统的方案采用分层分布式总线结构，分设负责所有闸门监控任务的集中控制级和负责各个闸门监控任务的现地控制级。为防止自动控制系统因故障或事故而退出运行，导致闸门控制失败，设计中保留了常规的继电器控制方式，并将常规控制与自动控制有机结合，形成一套较完善的控制体系。闸门自动控制系统构成如图1所示。

图1 闸门自动控制系统示意图

2、集中控制级

集中控制级主要由工程师站/测量监控站、打印机、多媒体工作站及语音通讯机等组成，并通过工业总线与现地控制级联络。其中，工程师站/测量监控站既能根据闸门实际运行状况实现对油泵电机的启停，又能显示各闸墩的扬压力和上下游水位，并利用打印机实时打印相应的报表;语音通信机实现集中控制级与现地控制级的语音通讯;多媒体工作站通过现地摄像头在集控室内显示闸门开启和上下游水面的实时画面。

3、电动机控制流程

现地控制级主控对象是油泵电动机，监视对象为闸墩的扬压力及上下游水位。在该层级通过PLC采集油压启闭机各电动阀门的位置信号、各继电器的状态信号、子母油管的压力信号及温度信号、闸门左开度及右开度信号、闸墩的扬压力、上下游水位等，利用其I/0模块输人各监控点传感器采集到的状态量、模拟量、开关量和数字量等，经内附的A/D转换器处理后，存入相应的模块中，通过异步串行通信接口与工程师/安全监控站、多媒体工作站联络，同时接受工程师站/安全监控站的各项指令，控制电动机主要回路中的接触器，实现油泵电动机的启停。电动机控制流程如图2所示。

4、系统功能

（1）闸门开度设置并进行控制的功能。对开度设置的目的是为了控制泄洪流量，改善池内流态，保护消力池。在传统的控制方式下，弧形门的开度不便于控制，即使人在现场，也看不准弧形门的实际开度。采用自动控制方式，每个闸门配置1套闸门开度测量仪，经软件处理后把旋转量转换成闸门开度，可以满足防洪时期的安全要求，可以在现场进行开度设置并进行相应的控制，也可以在控制室进行远程控制。

(2 ) 自 动控制功能。在自动工作方式下，闸门控制系统根据预设的闸门自动调度程序，依次启动闸门动作，以保持上游正常水位，保护下游消力池及其它设施。

(3 ) 手 动控制功能。在现场控制箱上可实现闸门手动控制，在设备检修或调试时，可采用手动操作方式。

(4 ) 上 位机。①显示各类菜单;②显示或设置大坝水位;③显示12个闸门的开度;④显示12个闸门的工作状况(升、降或停止)。就地 PL C控制箱显示。①大坝水位;②闸门开

度;③工作状态(升、降或停止)。

(5 ) 操 作及数据处理指导功能。

(6 ) 掉 电数据自动保存，来电系统自动恢复功能。

(7 ) 语 音报警功能。

(8 ) 通 讯功能。

5、PL C 选型

根据 P LC 的功能及任务要求，首先列出被控对象输人输出的设备名称，并根据所需的输人输出点数进行统计，并考虑为了控制的要求而增加的开关、按钮或报誓的信号，同时预留10%一20%的可扩展余量，在此基础上考虑信号的电位、传输距离及供电方式等因素选择各种I/0模块，在该工程的整体闸门自动控制系统中，输入点数为325点，输出点数为390点，共计715点;其次根据输人输出点数估算存储器容量，并从使用功能及编程方式两方面选定RAM和各种ROM；第三是控制功能的选择，本工程选用的PLC具有运算、控制、通信、编程和自诊断等功能。为与 电 网 电压相一致，PLC的供电电源选用交流220V，工作电压为直流24V，用500VA的隔离变压器保护。由于RAM是一种挥发性存储器，当供电电源掉电时，它所保存的内容容易丢失，因此，在PLC中配置了电源模块以实现掉电保护。

6、电路设计

在闸 自动控制系统中，需要控制的是拖动大坝闸门的电机，分为上升和下降2种情况，因此电机主控制电路也就分为正反转2种情况，通过交流接触器改变电机电流的相位来控制电机的正反转。其电路如图3

控制电路由2个部分组成:①就地控制箱的按钮控制;O PLC的输出控制。它们之间通过1个转换开关来切换控制权。如图4

图3控制电路图图4闸门控制主电路图

7、软 件 的实现

7．1 P LC 上 位机通信

PLC 与 上 位机之间的数据传送是通过软件程序来完成的，并与上位机遵循相同的通信协议。PLC通信采用异步串行通信格式，串行通信接口根据实际应用条件选择RS - 232C接口标准。

7.2P LC 程 序控制的实现

PLC 是 在 一定的编程语言支持下，根据电动机的控制流程编写程序，并将程序的最终运行结果转变为ASCII码输出，与电动机主回路接触器或空气开关线圈的通断对应，实现对电动机的控制。本工程所选用的PLC为西门子S7系列，程序采用梯形图进行编写，利用图形编程器进行在线编程。

结束语

本文开发的闸门自动化控制系统以PLC为控制核心，采用现场总线技术，配置感应式传感器作为开度检测。使系统的结构简单明了，大大提高了系统的可靠性、可用性，减少了调试、运行、维护的强度，成为”无人值班，少人值守”的优选闸门监控系统。

参考文献

[1]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护.北京:机械工业出版社 ，2002，8

[2]汪维东.PLC在电加热退火炉温度控制中的应用[J].工业控制计 算机，2000,13(6):5 1-52