PLC在水利枢纽工程运用中的应用探讨

摘要：根据可编程控制器的应用原理，介绍其在水利工程中的应用特点，结合实例分析其发展前景。

关键词：可编程控制器　光电隔离　分布式控制系统　功能实现

随水利信息化建设的发展和PLC技术的进步，PLC控制系统在水利工程控制系统中的运用越来越广泛，现代枢纽工程的信息化运用主要体现在运用控制、信息采集、处理和传输过程中，可编程控制器的在工业生产中的成熟运用为其在水利枢纽工程中的应用铺平了道路，PLC控制系统与单纯的继电器控制系统、集散控制系统以及工业控制计算机相比具有较为明显的优势。

一、工作原理

PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行人出信息变换实现控制。虽然PLC同样由CPU、存储器、I/O接口电路、电源等元件构成，并不等同于普通计算机，PLC更侧重于保证信息人出的可靠性、实时性，以及提供更适合应用于工业环境的信息等问题。

PLC实现控制的两个基本要求是入出信息变换和可靠物理实现。人出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现，应用中用户在PLC系统程序提供的运行平台上依照规则自行开发应用程序实现应用目标。可靠物理实现主要依赖PLC系统的I/O电路，人出电路利用光耦元件与PLC内部计算机电路进行通信，完成数据的采集、处理、控制和数据信号的输出。

二、应用特点

1、适应性和扩展性

PLC的I/0电路采用光电隔离设计，外部电压电流的突变对设备核心元件不造成损坏，在系统和应用程序的存储上也采用较为稳定的方式，保证了程序运行的稳定性，采用专门的通信编程接口有效避免控制系统操作操作人员人为失误对系统本身造成损害。经过多年的发展，PLC广泛应用于工业控制各领域，并根据应用需要发展出大量在极端环境下应用的产品，在各类恶劣环境均有稳定应用，目前水利枢纽的应用现场状况均可选择适合型号满足使用要求。

2、控制功能

PLC系统不仅可对开关量进行逻辑控制，实现运动控制与顺序控制的有机结合，也可以对连续变化的模拟量进行处理和控制，具备一定数学运算的能力，与其它控制器、计算机及其它控制设备(变频器、传感器、计算机等)组成分布式控制系统，可对控制系统进行监控，还可联网通讯，实现大范围、跨地域的控制与管理。

3、软件系统

目前PLC系统编程主要采用梯形语言，控制原理清晰易于理解，编程直观。

4、市场化维护

PLC系统是广泛应用于各行业的一种通用控制系统，由于运用范围广阔，并且推广效果好，于之相关的硬件和软件维护人员众多，应用中可有效利用社会资源，节约单位工程的应用和维护成本。

三、PLC系统在水利枢纽工程中的应用

由于认识层次和运用要求低，PLC系统在水利枢纽工程中的应用较工业略迟，在水利枢纽工程控制系统中的应用经历了从集群开关控制、单片机系统、仪表控制系统和PLC系统的过程，各种控制型式在应用过程中也存在大量的交叉应用，并且在PLC的应用过程也有一个逐步深入的过程，从早期的单纯控制型向数据通信控制发展，越来越多的利用PLC的数据采集和处理功能，PLC的功能也随现代计算机技术的发展功能日渐强大，其数据处理能力基本能够满足水利工程管理的需要。

水利工程大量存在于运用环境恶劣地区，存在电力系统不完善，运用频率不均衡等不利于电子设备运用的特点，过去采用的单片机系统、仪表控制系统等控制方式在控制设备本身的安全性上有很大的局限，经常出现控制设备核心元件损坏基本功能无法实现的现象，而PLC由于可以独立对开关量和模拟进行处理并对接触器进行动作以实现控制目标，不依赖仪表或其他独立供电设备，PLC~I/O电路采用光电隔离设计，在与传感器等外部设备通讯时能有效避免控制系统对仪器的损害，更好地保护这些低压设备，并且即使PLC系统核心部件或外部设备部分损坏系统仍旧可保证电机的正常加载。

四、应用前景

PLC系统作为水利工程现场控制系统的一种实现形式经历了多年的发展，相比于分散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)更适用于水利枢纽的应用。PLC系统的优势在于其工作的稳定性的即时性，并且兼容性好，能够较好地将工程控制现地信息数据化表达，在我国水利工程管理推进数字化进行中有较好的应用前景。

从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，人机界面、通信设备会更好地适应各类水利工程的应用；从市场上看，随着国际竞争的加剧，PLC的研发会越来越集中，会出现统一的编程语言和协议；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为流域工程控制网络的重要组成部分，将在工程控制和水资源调度领域发挥越来越大的作用。