摘　要   由于引黃涵閘測控系統老化，傳統的按鈕-接觸器手動控制系統難以滿足閘門的啟閉需要，黃河
委員會提出采用PLC對涵閘手動控制系統進行自動化改造，并將PLC控制系統與涵閘傳統的手動控制系統
相結合,實現了閘門啟閉的手動控制/PLC控制的切換。文章從系統需求分析、系統組成、系統設計等角度
對PLC測控系統加以闡述,并對關鍵的問題提出了解決辦法。該系統具有較高的安全性與可靠性,功能強大,
是涵閘現地測控系統自動化改造的一種較好的方法，已在山東黃河5座引黃閘上得到了應用。
關鍵詞　 測控系統　PLC　自動化改造  閘門啟閉  切換 

1. 引言
        現地測控系統是引黃涵閘工作現場的核心環節，其安全可靠的運行是涵閘正常高效工作的保證。在引黃涵閘傳統的現地測控系統中,控制功能是采用按鈕-接觸器線路，通過按鈕操作從硬件上實現啟閘和閉閘的。由于電氣觸點多,控制手段落后，難以達到所期望的閘門開度；而工作現場的參數測量手段也極其落后，基本上是采用一些簡單的機械測量機構，有的數據甚至要依靠操作人員憑經驗進行估算。黃河水量的調度管理主要依靠行政手段和傳統的調度方法憑經驗進行，工作效率不高。這顯然無法滿足黃河水資源可持續利用的要求。
使用可編程控制器(PLC)是工業自動化的重要手段,本文提出采用PLC對引黃涵閘傳統的現地測控系統進行自動化改造,并保留原有手動系統，實現了涵閘手動控制/PLC自動控制的切換。改造完成后的系統，即PLC測控系統主要控制邏輯由PLC實現,通過控制程序從軟件上實現啟閉閘，可靠性高；工作現場的參數測量則采用精密的傳感器，將測量的信息實時地傳給PLC進行處理，從而得到我們需要的數據，準確性高。該系統的組成為模塊化結構,采用可編程序的控制器,一旦工作現場發生變化，只需修改控制程序即可,系統維護也變得十分方便。
PLC現地測控系統的建成有利于對涵閘進行安全可靠的控制，有利于對黃河水資源進行科學的調度管理。同時，它也是實現黃河引黃涵閘遠程監控的基礎。

2. PLC測控系統需求分析及系統組成
2.1 系統需求分析
作為涵閘工作現場的核心部分，PLC現地測控系統要求具有以下主要功能：
(1)完成對涵閘基礎數據信息的采集和處理，數據信息的顯示則由和PLC相連的觸摸屏來完成。這些信息包括水位、閘位、電壓、電流等。
 (2)通過觸摸屏和PLC控制系統實現閘門升降過程的自動化控制。
(3)具有過壓、過流、過載、上下限位等保護功能。當系統出現過壓、過流、過載、到達上下限位等故障時，一方面通過PLC控制程序實現自動關閘，另一方面給出報警指示信息，使控制間的操作人員能及時采取相應措施。
(4)本系統的控制部分是將傳統的手動控制回路和PLC自動控制回路相結合，現地操作
人員通過一組切換開關實現手動控制/PLC控制方式的轉換。在手動控制方式下，現地操作
人員通過按鈕啟閉閘門；在PLC控制方式下，借助觸摸屏可以實現閘門的自動啟閉控制。
2.2 系統組成
根據系統設計的要求，涵閘PLC測控系統選擇控制核心設備——帶以太網接口的可編程邏輯控制器（PLC）、綜合顯示控制屏（觸摸屏）、電氣主回路設備、控制回路設備、自動化元器件等裝置來構成。本系統采用施耐德Momentum系列PLC。
涵閘啟閉機電氣主回路設備、控制回路設備包括啟閉機、交流接觸器線圈、繼電器等電氣與執行機構。自動化元件主要包括閘位計、荷重傳感器和水位計等。
采用觸摸屏來操作和顯示有關參數。觸摸屏和PLC之間通過RS485接口通信。以下是涵閘PLC現地測控系統總體結構示意圖［1］（圖1）：
 

3． PLC測控系統硬件設計
3.1 輸入輸出點分析
       以二孔涵閘為例，工作現場開關輸入量有手動控制/PLC控制信號、上下限位信號、接觸器和斷路器輔助觸點的狀態信號等。模擬量輸入信號有水位、荷重、電壓、電流、溫濕度等。開關輸出量為控制中間繼電器及驅動聲光報警器的信號。
3.2 涵閘電氣主回路設計圖
       電氣主回路的的核心部分是用兩組接觸器觸點來控制電機的正反轉，從而實現涵閘閘門的上升和下降。主回路上的斷路器帶有分勵脫扣線圈，可以實現電機的緊急停機。電路設計圖如下（圖2）： 
 

3.3 涵閘電氣控制回路設計圖
        控制回路的電源是經UPS穩壓后的220V交流電。控制回路上有一個轉換開關，它可以實現手動控制/PLC控制的切換。控制電機的兩組接觸器線圈KM1和KM2的常閉觸點是互鎖的，這種互鎖的方式可以避免因按鈕的誤動作造成上升和下降接觸器線圈同時接通而產生的主回路短路故障。控制回路圖如下（圖3）：
 

4.2  當前閘位與閘位設定值的比較
       實現PLC對閘門自動啟閉的控制，其關鍵是當前閘位和設定閘位的實時比較。以下程序中，閘位設定值放在地址為400111的內存中，它是通過觸摸屏輸入的，當前閘位在400112中。其比較結果將輔助線圈000111和000112置位，這些輔助線圈常開觸點的狀態即為閘門上升或下降的控制指令信息。當閘位當前值與設定值相等時，線圈被復位，閘門停止動作。圖中的000710、000316等地址存放的是系統輔助觸點的狀態值，比如限位開關的狀態等。
 

5．結束語
 
       與傳統按鈕-接觸器手動控制系統結合,采用PLC實現涵閘啟閉的自動控制,增加控制功能,提高系統性能,實現高效自動化生產，其關鍵是充分發揮PLC的優勢,利用其綜合測控機制,解決好通信、保護等問題,實現系統手動控制/PLC自動控制的良好切換,提高整個測控系統的綜合性能,達到高效生產的目的。

3.4 PLC回路設計圖
    根據上述的I/O點分析，PLC回路圖設計［2］如下（圖4）：
 

4． PLC測控系統軟件設計
      軟件要實現的功能除了對工作現場的數據信息進行采集和處理外，最核心的環節就是閘門啟閉的控制邏輯了。閘門的自動啟閉是通過比較閘位（即閘門高度）設定值和閘位當前值后，操作員給出上升或下降控制指令，由控制程序實現的。閘門在上升或下降之前，系統給出10秒的聲光報警信號。以下是閘門啟閉的邏輯框圖：
 

       根據系統軟件的設計要求以及閘門啟閉的邏輯框圖,可以編寫出實現測控系統要求的984LL程序（程序在