PLC在引黃涵閘測(cè)控系統(tǒng)自動(dòng)化改造中的應(yīng)用研究
摘 要 由于引黃涵閘測(cè)控系統(tǒng)老化，傳統(tǒng)的按鈕-接觸器手動(dòng)控制系統(tǒng)難以滿足閘門的啟閉需要，黃河
委員會(huì)提出采用PLC對(duì)涵閘手動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，并將PLC控制系統(tǒng)與涵閘傳統(tǒng)的手動(dòng)控制系統(tǒng)
相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了閘門啟閉的手動(dòng)控制/PLC控制的切換。文章從系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等角度
對(duì)PLC測(cè)控系統(tǒng)加以闡述,并對(duì)關(guān)鍵的問題提出了解決辦法。該系統(tǒng)具有較高的安全性與可靠性,功能強(qiáng)大,
是涵閘現(xiàn)地測(cè)控系統(tǒng)自動(dòng)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(yīng)用。
關(guān)鍵詞 測(cè)控系統(tǒng) PLC 自動(dòng)化改造 閘門啟閉 切換
1. 引言
現(xiàn)地測(cè)控系統(tǒng)是引黃涵閘工作現(xiàn)場(chǎng)的核心環(huán)節(jié)，其安全可靠的運(yùn)行是涵閘正常高效工作的保證。在引黃涵閘傳統(tǒng)的現(xiàn)地測(cè)控系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)啟閘和閉閘的。由于電氣觸點(diǎn)多,控制手段落后，難以達(dá)到所期望的閘門開度；而工作現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)測(cè)量手段也極其落后，基本上是采用一些簡(jiǎn)單的機(jī)械測(cè)量機(jī)構(gòu)，有的數(shù)據(jù)甚至要依靠操作人員憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。黃河水量的調(diào)度管理主要依靠行政手段和傳統(tǒng)的調(diào)度方法憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，工作效率不高。這顯然無法滿足黃河水資源可持續(xù)利用的要求。
使用可編程控制器(PLC)是工業(yè)自動(dòng)化的重要手段,本文提出采用PLC對(duì)引黃涵閘傳統(tǒng)的現(xiàn)地測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造,并保留原有手動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了涵閘手動(dòng)控制/PLC自動(dòng)控制的切換。改造完成后的系統(tǒng)，即PLC測(cè)控系統(tǒng)主要控制邏輯由PLC實(shí)現(xiàn),通過控制程序從軟件上實(shí)現(xiàn)啟閉閘，可靠性高；工作現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)測(cè)量則采用精密的傳感器，將測(cè)量的信息實(shí)時(shí)地傳給PLC進(jìn)行處理，從而得到我們需要的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性高。該系統(tǒng)的組成為模塊化結(jié)構(gòu),采用可編程序的控制器,一旦工作現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生變化，只需修改控制程序即可,系統(tǒng)維護(hù)也變得十分方便。
PLC現(xiàn)地測(cè)控系統(tǒng)的建成有利于對(duì)涵閘進(jìn)行安全可靠的控制，有利于對(duì)黃河水資源進(jìn)行科學(xué)的調(diào)度管理。同時(shí)，它也是實(shí)現(xiàn)黃河引黃涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)。
2. PLC測(cè)控系統(tǒng)需求分析及系統(tǒng)組成
2.1 系統(tǒng)需求分析
作為涵閘工作現(xiàn)場(chǎng)的核心部分，PLC現(xiàn)地測(cè)控系統(tǒng)要求具有以下主要功能：
(1)完成對(duì)涵閘基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的采集和處理，數(shù)據(jù)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)閘門升降過程的自動(dòng)化控制。
(3)具有過壓、過流、過載、上下限位等保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、過流、過載、到達(dá)上下限位等故障時(shí)，一方面通過PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)關(guān)閘，另一方面給出報(bào)警指示信息，使控制間的操作人員能及時(shí)采取相應(yīng)措施。
(4)本系統(tǒng)的控制部分是將傳統(tǒng)的手動(dòng)控制回路和PLC自動(dòng)控制回路相結(jié)合，現(xiàn)地操作
人員通過一組切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制/PLC控制方式的轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)控制方式下，現(xiàn)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(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)啟閉控制。
2.2 系統(tǒng)組成
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，涵閘PLC測(cè)控系統(tǒng)選擇控制核心設(shè)備——帶以太網(wǎng)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(shè)備、控制回路設(shè)備、自動(dòng)化元器件等裝置來構(gòu)成。本系統(tǒng)采用施耐德Momentum系列PLC。
涵閘啟閉機(jī)電氣主回路設(shè)備、控制回路設(shè)備包括啟閉機(jī)、交流接觸器線圈、繼電器等電氣與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。自動(dòng)化元件主要包括閘位計(jì)、荷重傳感器和水位計(jì)等。
采用觸摸屏來操作和顯示有關(guān)參數(shù)。觸摸屏和PLC之間通過RS485接口通信。以下是涵閘PLC現(xiàn)地測(cè)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖［1］（圖1）：
3． PLC測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 輸入輸出點(diǎn)分析
以二孔涵閘為例，工作現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)輸入量有手動(dòng)控制/PLC控制信號(hào)、上下限位信號(hào)、接觸器和斷路器輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)等。模擬量輸入信號(hào)有水位、荷重、電壓、電流、溫濕度等。開關(guān)輸出量為控制中間繼電器及驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器的信號(hào)。
3.2 涵閘電氣主回路設(shè)計(jì)圖
電氣主回路的的核心部分是用兩組接觸器觸點(diǎn)來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)涵閘閘門的上升和下降。主回路上的斷路器帶有分勵(lì)脫扣線圈，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的緊急停機(jī)。電路設(shè)計(jì)圖如下（圖2）：
3.3 涵閘電氣控制回路設(shè)計(jì)圖
控制回路的電源是經(jīng)UPS穩(wěn)壓后的220V交流電。控制回路上有一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，它可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制/PLC控制的切換。控制電機(jī)的兩組接觸器線圈KM1和KM2的常閉觸點(diǎn)是互鎖的，這種互鎖的方式可以避免因按鈕的誤動(dòng)作造成上升和下降接觸器線圈同時(shí)接通而產(chǎn)生的主回路短路故障。控制回路圖如下（圖3）：
4.2 當(dāng)前閘位與閘位設(shè)定值的比較
實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)閘門自動(dòng)啟閉的控制，其關(guān)鍵是當(dāng)前閘位和設(shè)定閘位的實(shí)時(shí)比較。以下程序中，閘位設(shè)定值放在地址為400111的內(nèi)存中，它是通過觸摸屏輸入的，當(dāng)前閘位在400112中。其比較結(jié)果將輔助線圈000111和000112置位，這些輔助線圈常開觸點(diǎn)的狀態(tài)即為閘門上升或下降的控制指令信息。當(dāng)閘位當(dāng)前值與設(shè)定值相等時(shí)，線圈被復(fù)位，閘門停止動(dòng)作。圖中的000710、000316等地址存放的是系統(tǒng)輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)值，比如限位開關(guān)的狀態(tài)等。
5．結(jié)束語
與傳統(tǒng)按鈕-接觸器手動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合,采用PLC實(shí)現(xiàn)涵閘啟閉的自動(dòng)控制,增加控制功能,提高系統(tǒng)性能,實(shí)現(xiàn)高效自動(dòng)化生產(chǎn)，其關(guān)鍵是充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢(shì),利用其綜合測(cè)控機(jī)制,解決好通信、保護(hù)等問題,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手動(dòng)控制/PLC自動(dòng)控制的良好切換,提高整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的綜合性能,達(dá)到高效生產(chǎn)的目的。
參考文獻(xiàn)
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Application and Research Of PLC For Automatic Reform In Observing and Controlling System Of Gate of Yellow River Sluice
Abstract Observing and Controlling System Of Gate of Yellow River Sluice Not only is aging, but also is difficult to settle for the requirement of Raising and Falling Gate of Yellow River Sluice. Therefore this Paper introduces a method of PLC applied In Local Observing and Controlling System Of Gate of Yellow River Sluice, at the same time, it indicates the combination of the controlling system of PLC and the manual system of traditional pushbutton-relay, which achieves the switch of raising and falling Gate of Yellow River Sluice between manual system and PLC system. In this Paper, Observing and Controlling system of PLC is set forth by expounding typical function, segments and designing of system. On the other hand, the resolvent of sixty-four-dollar question is brought forward. This system is a very safe, reliable and powerful system, which indicates a good method of Automatic Reform In Local Observing and Controlling System Of Gate of Yellow River Sluice. This system came true in 5 Gates of Yellow River Sluice in Shandong Province at present.
Keywords Observing and Controlling System PLC Automatic Reform Raising and Falling Gate of Yellow River Sluice Switch
3.4 PLC回路設(shè)計(jì)圖
根據(jù)上述的I/O點(diǎn)分析，PLC回路圖設(shè)計(jì)［2］如下（圖4）：
4． PLC測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件要實(shí)現(xiàn)的功能除了對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和處理外，最核心的環(huán)節(jié)就是閘門啟閉的控制邏輯了。閘門的自動(dòng)啟閉是通過比較閘位（即閘門高度）設(shè)定值和閘位當(dāng)前值后，操作員給出上升或下降控制指令，由控制程序?qū)崿F(xiàn)的。閘門在上升或下降之前，系統(tǒng)給出10秒的聲光報(bào)警信號(hào)。以下是閘門啟閉的邏輯框圖：
根據(jù)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)要求以及閘門啟閉的邏輯框圖,可以編寫出實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)要求的984LL程序（程序在
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