plc在水閘自動化控制系統(tǒng)中的應用探討

1、<p>　　PLC在水閘自動化控制系統(tǒng)中的應用探討</p><p>　　摘要：隨著我國經(jīng)濟以及科學技術的發(fā)展，越來越多的水閘工程開始選擇使用自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)功能主要包括閘門的電腦控制、水工數(shù)據(jù)的自動觀測、以及水閘數(shù)字化視頻監(jiān)控等，水閘自動化系統(tǒng)的建設對于提高水閘管理水平，發(fā)揮水閘功能有著重要的意義。 </p><p>　　中圖分類號： TV66 文獻標識碼： A 文章編號： &l

2、t;/p><p>　　在我國民經(jīng)濟發(fā)展中，水利工程占有十分重要的地位和作用，且關系到國家的經(jīng)濟建設，以及人民的生命、財產(chǎn)安全等重大社會問題。在深圳地區(qū)，河網(wǎng)密布，河涌眾多，雨量充沛，在河涌治理的過程中，閘門自動化控制系統(tǒng)的建設顯得十分重要?？删幊炭刂破?，簡稱PLC（Programmable logic Controller），是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置，憑借其結構特點得到了廣泛的應用。 </p&g

3、t;<p>　　一、PLC的應用特點 </p><p>　　1.可靠性高，抗干擾能力強 </p><p>　　高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百分之一甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降

4、低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性。 </p><p>　　2.配套齊全，功能完善，適用性強 </p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能

5、以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 </p><p>　　3.易學易用，深受工程技術人員歡迎 </p><p>　　PLC是面向生產(chǎn)過程的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原

6、理和匯編語言的人從事系統(tǒng)工程控制打開了方便之門。 </p><p>　　4.系統(tǒng)設計，工作量小，維護方便，容易改造 </p><p>　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。 </p><p>　　三、閘門自動化控制系統(tǒng) &

7、lt;/p><p>　　在閘門自動化控制系統(tǒng)建設或者改造的過程中，閘門控制操作一般分為三級控制模式：第一級為現(xiàn)場在沒有電的情況下手動操作模式；第二級為現(xiàn)場控制柜操作電動控制模式；第三級為計算機自動調(diào)控控制模式。這三種操作模式中，第一、二級可以脫離PLC系統(tǒng)獨立運行。第三級完全依賴PLC系統(tǒng)才能實現(xiàn)其功能。 </p><p>　　在閘門自動化控制系統(tǒng)故障、測試、檢修或其他特殊情況下，管理人員按第

8、一級或第二級方式臨時調(diào)度控制閘門，確保生命和財產(chǎn)的安全。對于閘門PLC自動化控制系統(tǒng)來說，其主要監(jiān)控參數(shù)包括：上、下游水位、閘門開度、手/自動選擇指示、開閘運行指示、關閘運行指示、故障指示、電源指示、電源合閘指示、開閘控制、關閘控制、電流、電壓、功率、有功功率、功率因數(shù)等。電量的監(jiān)測一般采用智能電量儀表，采用MODBUS協(xié)議與PLC進行通訊，PLC與上位機通訊可以采用RS232、RS485、TCP/IP通訊協(xié)議，通訊介質(zhì)可以采用電纜、光

9、纜、無線傳輸。對于單扇閘門的I/O點數(shù)目統(tǒng)計為： </p><p>　　DI（開關量輸入，水位計、閘門開度儀輸入信號采用格雷碼）：42點；DO（開關量輸出）：2～3點。 </p><p>　　閘門自動化控制系統(tǒng)電氣控制一次回路圖如圖1所示： </p><p>　　閘門自動化控制系統(tǒng)二次回路圖如圖2所示： </p><p><b>　

10、　三、實例分析 </b></p><p>　　隨著深圳市雨季防汛任務的日益繁重,原有的防洪排澇系統(tǒng)控制手段落后,設備陳舊,且泵站水閘分布廣泛,站點分散,使得防洪調(diào)度管理工作比較被動。為了在城市防汛管理工作中能夠科學、及時、準確地監(jiān)控泵站水閘等防洪設施,高效快速應對水澇災害,確保城市安全度汛,對水閘進行綜合自動化改造，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡的泵站水閘遠程監(jiān)控系統(tǒng)。 </p><p><

11、;b>　　1、系統(tǒng)結構功能 </b></p><p>　　水閘控制系統(tǒng)有3個部分：第一部分：上位機數(shù)據(jù)組態(tài)集監(jiān)控系統(tǒng) 第二部分：可編程序控制器核心控制系統(tǒng)。用戶通過上位機來對水庫水文數(shù)據(jù)、水閘開度等數(shù)據(jù)進行記錄，對水閘進行監(jiān)控。可編程序控制器接收上位機的指令，完成對數(shù)據(jù)的采集和設備的控制第三部分：視頻監(jiān)視系統(tǒng)。由于一般中控室都位于與現(xiàn)場相距較遠的地方 整個系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)都使用光纖傳送。系統(tǒng)結構如

12、圖1所示。 </p><p>　　圖1 水閘控制系統(tǒng)結構 </p><p>　　1.1系統(tǒng)硬件及軟件 </p><p>　　采用 SiemensS7－300 系列 PLC 來作為水庫閘門監(jiān)控系統(tǒng)核心,與之相配 SiemensSIMATICWinCC7.0 先進組態(tài)軟件作為遠程操作系統(tǒng)軟件核心。根據(jù)過程變量中的數(shù)量和擴展容量及閘門監(jiān)控系統(tǒng)要求，綜合可靠性、使用環(huán)境等因

13、素，我們選擇西門子 PLCS7－300 控制器作為系統(tǒng)主要硬件，選擇系統(tǒng)主要硬件，如表1 所示。 </p><p>　　表 1 控制器硬件組成 </p><p>　　1.2系統(tǒng)輸入和輸出量 </p><p>　　(1)系統(tǒng)輸入量。輸入信號：6扇閘門的上升、下降、停止按鈕 緊急停機按鈕；現(xiàn)場手動/遠程/自動轉(zhuǎn)換開關；電源狀態(tài)檢測；閘門位置輸入，使用 WFH－2 型全量

14、機械編碼水位計傳感器，每扇閘門高度用10位的二進制格雷碼表示；水庫的壩前及壩后水位輸入，也使用WFH－2 型全量機械編碼水位計傳感器，水位用 11位的二進制格雷碼表示。 </p><p>　?。?）系統(tǒng)輸出量。輸出信號：6 扇閘門提升、下降、停止動作等，共18點輸出。 </p><p>　　1.3系統(tǒng)閥位水位數(shù)據(jù)采集 </p><p>　　WFH－2 型全量機械編碼

15、水位計是以浮子感測水位，軸角編碼器編碼的機械式遙測水位傳感器。本儀器傳感器根據(jù)感測天然水體水位的變化，同時通過軸角編碼器將水位模擬量A轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼D。由數(shù)字編碼D通過傳輸介質(zhì)并行輸出到控制柜上的顯示器，直接顯示當前水位，同時，此數(shù)字編碼D又輸入S7－300PLC 控制器當中，進行數(shù)據(jù)處理。WFH－2 型全量機械編碼水位計可以直接顯示出閘門提升下降后的實際高度，抗干擾能力強；在系統(tǒng)掉電及再上電后，水位計顯示出位置量不變。系統(tǒng)根據(jù)工作人員

16、的需求，設置檢測報警的參數(shù)值，利用系統(tǒng)軟件來判斷水位計的輸出值與設定值的關系，并給出相應的控制指令和報警輸出信號?？刂葡到y(tǒng)的總線拓撲結構如圖 2 所示。 </p><p>　　圖 2 控制系統(tǒng)的總線拓撲結構 </p><p>　　2、WinCC監(jiān)控系統(tǒng)軟件 </p><p>　　系統(tǒng)上位機的用戶層均采用西門子PLCS7－300控制器附帶的組態(tài)軟件 WinCC作為用戶

17、的操作界面，并且實現(xiàn)與 PLCS7－300控制器的網(wǎng)絡通訊接口的連接。操作界面采用符合人性化的圖形界面。用戶利用組態(tài)軟件窗口下的各種操作指令下達對閘門的控制命令，同時能夠在界面上看到閘門的實時運行狀態(tài)，包括壩前、壩后水位、閥位、電機運轉(zhuǎn)情況、上下限位情況、自動/手動旋鈕位置等信息,詳見圖3。 </p><p>　　圖3水閘計算機監(jiān)控系統(tǒng) </p><p><b>　　3、視頻監(jiān)控

18、系統(tǒng) </b></p><p>　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端設備和監(jiān)控設備組成。前設備主要是指各種攝像機、鏡頭、 云臺、護罩、解碼器等設備；監(jiān)控設備包括（終端顯示、控制部分）VGA監(jiān)視器 ，視頻監(jiān)控錄像主機、云臺鏡頭控制器、控制鍵盤、矩陣切換器等。前端設備的功能有：攝像機的功能是用來獲取監(jiān)視現(xiàn)場的圖像。云臺用來控制攝像機內(nèi)部電機的轉(zhuǎn)動方向，承載攝像機進行水平和垂直兩個方向轉(zhuǎn)動，調(diào)整監(jiān)控可視范圍。鏡頭調(diào)整攝像

19、機的焦距，從而起到調(diào)整圖像的清晰度和圖像的遠近。解碼器接收主機控制信號，進行模擬量與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，輸出指令實現(xiàn)對云臺的運動方向及鏡頭焦距的控制。從而保證對監(jiān)控現(xiàn)場進行全方位的實時監(jiān)控。后端監(jiān)控設備的功能：VGA監(jiān)視器是用來顯示視頻的設備，視頻監(jiān)控錄像主機主要負責對前端監(jiān)控通過控制鍵盤發(fā)送指令，獲取前端監(jiān)控設備的反饋的一些參數(shù)，從而達到控制前端監(jiān)控設備的目的；矩陣切換器則是在多路信號輸入的情況下，可獨立地根據(jù)監(jiān)控對像需要選擇多路信號

20、進行輸出，完成信號的選擇。作為自動控制系統(tǒng)的補充，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)視水庫上下游水位，中控房設備和閘門運行情況等，工作人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場關鍵設備進行直接的觀察和了解。 </p><p><b>　　五、總結 </b></p><p>　　水閘自動化系統(tǒng)作為深圳市水閘業(yè)務系統(tǒng)中不可缺少的一部分，為水閘運行調(diào)度提供決策依據(jù)，進一步發(fā)揮水閘在服務社會、服務民生，保障水環(huán)境安

21、全等方面的重要作用?，F(xiàn)代化生產(chǎn)是快節(jié)奏、高效益、高自動化的一種生產(chǎn)模式，使得PLC系統(tǒng)成為自動化控制系統(tǒng)的主角，在閘門自動化控制系統(tǒng)建設中，可以充分發(fā)揮可編程邏輯控制器的優(yōu)勢，一方面，可以達到無人值守，自動按要求運行，自動檢測故障，由它替代人力去工作；另一方面對于老系統(tǒng)的改造方面，可編程控制器的使用，可以使改造變得更簡單，費用更少，時間更短。經(jīng)過多年的發(fā)展，深圳市水閘自動化系統(tǒng)建設已初具規(guī)模，但還有很多需要改進和完善的地方。今后，我們應